close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка и исследование концентраторов магнитного поля железоотделителей на основе комбинированных магнитных систем

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Семина Ирина Александровна
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАТОРОВ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛЕЙ
НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ
Специальность 05.09.01 –
«Электромеханика и электрические аппараты»
АВТОРЕФЕРАТ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Омск – 2015
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский
государственный технический университет», кафедра «Электрическая техника»
Научный руководитель:
Доктор технических наук, профессор, ФГБОУ
ВПО «Омский государственный технический
университет», профессор кафедры «Электрическая
техника» Андреева Елена Григорьевна.
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, доцент, профессор
кафедры «Электромеханика» ФГБОУ ВПО
«Уфимского
государственного
авиационного
технического университета»
Саттаров Роберт Радилович
Доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой
«Теоретические
основы
электротехники», ФГБОУ ВПО «Новосибирского
государственного технического университета»
Нейман Владимир Юрьевич
«Уральский
энергетический
институт»
Федерального государственного автономного
образовательного
учреждения
высшего
профессионального
образования
«Уральский
федеральный
университет
имени
первого
Президента России Б.Н. Ельцина».
Ведущая организация:
Защита диссертации состоится 23 декабря 2015 года в 14:00 на заседании
объединенного диссертационного совета ДМ212.178.03 при Омском
государственном техническом университете и Омском государственном
университете путей сообщения. Защита пройдет в Омском государственном
техническом университете по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, корп. 6, ауд.
340. Тел/факс (3812) 65-34-07, е-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского
государственного технического университета и на сайте omgtu.ru.
Автореферат разослан ____________2015 года.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью
учреждения, просим направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира 11, ученому
секретарю объединенного диссертационного совета ДМ212.178.03
Ученый секретарь объединенного
диссертационного совета ДМ212.178.03
канд. техн. наук
О.А. Лысенко
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
В настоящее время развитие новых технологий и технологических систем
требует разработки экономически эффективных электротехнических комплексов (ЭТК).
В состав современных электротехнических комплексов и систем входят
электротехнические устройства с различными конструкциями магнитных систем, и в
частности, комбинированные магнитные системы.
Исследуемые в диссертации комбинированный магнитные системы
представляют собой совокупность железоотделителя и концентрирующих насадок
переменного поперечного сечения.
Концентраторы магнитного поля широко используются в устройствах для
повышения магнитной индукции магнитного поля в заданной области пространства – в
медицинских приборах, в железоотделителях для защиты технологического
оборудования от ферромагнитных тел, в магнитных уловителях, в устройствах для
повышения октанового числа нефтепродуктов. Концентраторы магнитного поля
состоят из источника магнитного поля (например, цилиндрического магнитопровода с
обмоткой) и ферромагнитных насадок переменного сечения.
Конструкции сердечников железоотделителей могут быть овальными,
круглыми, прямоугольными или квадратными. В качестве источника питания
исследуемых в диссертации железоотделителей с концентрирующими насадками
используются источники постоянного тока.
При исследовании железоотделителей в диссертации решается задача усиления
и локализации магнитного поля в заданной области пространства путем применения
концентрирующих насадок переменного поперечного сечения.
Предложенные в работе методики расчета двумерных (осесимметричных и
плоскопараллельных) и трехмерных магнитных полей позволяют исследовать
магнитные поля железоотделителей с концентрирующими насадками сложной
геометрии, построить графики результирующей магнитной индукции поля.
Работа
по
исследованию
и
расчетам
электромагнитного
поля
электротехнических устройств интенсивно велась такими учеными как Бессонов Л.А.
Демирчян К.С., Сарапулов Ф.Н., Коняев А.Ю., Нейман В.Ю., Лауренсон Л., Назаров
С.Л., Исмагилов Ф.Р., Никитенко А.Г., Попов А.П., Пеккер И.И., Норри Д., Шимони
К.В., учеными научной школы Ковалёва Ю.З.: Андреева Е.Г., Татевосян А.С. Среди
зарубежных ученых, работающих в этом направлении следует отметить E. Lemke, J.
Harley, A. Vilson, E. Stein, R. De Borst, T.J.R. Hughes, F. Assous, C. (Jr.) Ciarlet, and S.
Labrunie.
Непрерывно повышающиеся требования к точности проводимых расчетов
магнитных полей магнитных систем, делает рациональным использование
современных программных продуктов таких как пакеты прикладных программ ANSYS
(профессиональная версия), программный пакет Elcut 5.6 и другие.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование
концентраторов магнитного поля железоотделителей на основе комбинированных
магнитных систем для усиления магнитной индукции в заданной области пространства.
3
Задачи исследования. Для достижения цели исследования в диссертации
решаются следующие задачи:
1. Обзор известных математических моделей и численных методов расчета магнитных
полей железоотделителей на основе комбинированных магнитных систем.
2. Разработка методик расчета двумерных магнитных полей железоотделителей с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения. Реализация этих
методик в комплексах программ ANSYS и Elcut 5.6.
3. Разработка методик расчета трехмерных магнитных полей железоотделителей с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения. Реализация этих
методик в комплексах программ ANSYS и Elcut 5.6.
4. Определение формы концентрирующих насадок железоотделителей для получения
требуемого значения магнитной индукции от 20 мТл до 1,2 Тл в заданных областях
пространства.
5. Проверка достоверности численных расчетов путем сопоставления с результатами
натурного эксперимента.
Объект исследования – железоотделители с концентрирующими насадками
переменного поперечного сечения на основе комбинированных магнитных систем.
Предмет исследования – параметры магнитного поля железоотделителей с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения.
Методы решения поставленных в диссертации задач базируются на
максвелловской теории электромагнитного поля, численных методах решения
дифференциальных уравнений, алгоритмизация задач и их программировании.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Методика и программа расчета двумерных магнитных полей железоотделителей с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения.
2. Методика расчета трехмерных магнитных полей железоотделителей с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения.
3. Конструкции железоотделителей с концентрирующими насадками в виде усеченного
конуса, седловидной и ножевидной формы.
Научная новизна. К основным научным результатам, представленным к
защите, относятся следующие положения:
1.
Разработаны методика и программа расчета двумерного магнитного поля
железоотделителя с концентрирующей насадкой в виде усеченного конуса.
2.
Разработана методика расчета трехмерного магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы.
3.
Предложены конструкции железоотделителей с концентрирующими насадками в
виде усеченного конуса, ножевидной и седловидной формы, позволяющие обеспечить
заданный диапазон изменения магнитной индукции.
Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в
диссертационной работе, обеспечивается корректным применением необходимого
математического аппарата, совпадением результатов расчетов одних и тех же процессов
в различных программах (ANSYS и Elcut) с результатами натурного эксперимента.
4
Практическая значимость.
1. Предложены концентраторы магнитного поля с насадкой в виде усеченного конуса и
седловидной формы (патент № 153850 от 21.10.2014г., патент № 153930 от
23.12.2014г.).
2. Программные комплексы расчета двумерных и трехмерных магнитных полей
железоотделителей с концентрирующими насадками в виде усеченного конуса и
седловидной формы в программах ELCUT и ANSYS внедрены в производство в
компании ООО «Инновационные технологии в электроснабжении» г. Омск
(программный комплекс «Алгоритм расчета магнитной системы открытого типа в
комплексе программ ELCUT» – свидетельство о регистрации электронного ресурса
№ 120553 от 27.11.2014г., программный комплекс «Алгоритм расчета трехмерной
модели магнитной системы открытого типа в комплексе программ ANSYS Maxwell»
– свидетельство о регистрации электронного ресурса № 120554 от 27.11.2014г., акт
внедрения научно-технической продукции).
3. Программа расчета магнитного поля концентратора железоотделителя с насадкой в
виде усеченного конуса внедрена в учебный процесс в ФГБОУ ВПО «Омский
государственный технический университет» («Программа расчета магнитного поля
системы открытого типа» - свидетельство о регистрации электронного ресурса №
19723 от 3 декабря 2013г., акт внедрения в учебный процесс).
Реализация результатов работы Результаты исследования и имитационного
моделирования железоотделителей с концентрирующими насадками переменного
поперечного сечения используются при подготовке бакалавров и магистров по
направлению «Электроэнергетика и электротехника» (выполнение научно –
исследовательской работы и выпускных квалификационных работ)
Разработанные в ходе выполнения диссертационной работы алгоритмы расчета
железоотделителей
с концентрирующими насадками
переменного сечения
использованы на предприятии ООО «Инновационные технологии в электроснабжении»
г. Омск при разработке программного обеспечения для расчета и моделирования
технических устройств, что позволило сократить время их проектирования и упростить
практическую реализацию разрабатываемых устройств.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на конференциях:
1. Динамика систем, механизмов и машин: материалы VΙΙ Междунар. науч.-техн. конф.
/ ОмГТУ. – Омск, 2009.
2. Динамика систем, механизмов и машин : материалы 8 Междунар. науч.-техн. конф. /
ОмГТУ. – Омск, 2012.
3. Физико-математическое моделирование систем : материалы VΙΙ Междунар. семинар.
– Воронеж, 2011.
4. Актуальные проблемы энергетики АПК : материалы IV Междунар. науч.-практ.
конф. / под ред. А. В. Павлова. – Саратов, 2013.
5. Молодежь. Техника. Космос : труды V Общерос. молод. науч.-техн. конф. / Балт.
гос. тех. ун-т. – СПб., 2013.
6. Россия молодая: передовые технологии – в промышленность! : материалы V Всерос.
науч.-техн. конф. с междунар. участием, 12-14 нояб. : в 3 кн. / отв. ред. А. В. Косых ;
ОмГТУ. – Омск, 2013.
5
7. Динамика систем, механизмов и машин : материалы 9 междунар. науч.-техн. конф.Омск: изд-во ОмГТУ, 2014.
8. Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов
материалы III Всерос. науч.-техн. конф.-Тольятти, 2014.
9. INTERNATIONAL
SIBIRIAN
CONFERENCE
ON
CONTROL
AND
COMMUNICATIONS (SIBCON): Материалы междунар. конф. – Омск, 2015.
Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры
«Электрическая техника» ОмГТУ в 2010-2015 годах.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 18
печатных работ, из них 3 в журналах списка ВАК, получено 2 патента на полезные
модели, 3 свидетельства о регистрации алгоритмов в фонде алгоритмов и программ,
выпущено 2 учебных пособия, одно из которых рекомендовано к изданию УМО.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 131
страницах, содержит 41 рисунков, 8 таблиц и 154 литературных источника.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность данной диссертационной работы,
сформулированы цель и задачи исследований, перечислены основные результаты,
выносимые на защиту, определена их научная новизна и практическая значимость.
В первой главе выполнен обзор существующих конструкций железоотделителей
с концентрирующими насадками, включая патентный поиск; приведен обзор известных
математических моделей. Рассмотрены: общая модель Максвелла, квазистационарная
модель,
магнитостатическая
модель,
гармоническая
модель.
Выбрана
магнитостатическая модель в декартовой системе координат (двумерная и трехмерная).
Рассмотрены аналитические и численные методы расчета железоотделителей. Для
решения исследуемого класса задач выбран метод конечных элементов,
обеспечивающий большую точность в расчёте характеристик поля, большую гибкость в
геометрии и задании источников поля по сравнению с методом разделения переменных
и методом конечных разностей.
Конструкции железоотделителей с концентрирующими насадками переменного
поперечного сечения показаны на рисунке 1.
а)
б)
в)
Рисунок 1. Железоотделители с концентрирующими насадками: в виде усеченного
конуса (а), ножевидной формы (б), седловидной формы (в)
6
Во второй главе проведен обзор программных комплексов численного расчета
магнитных полей железоотделителей и выполнен их расчет в программах ANSYS и
ELCUT. Заданы основные допущения, граничные условия, определен тип задачи,
заданы намагничивающая сила обмотки и источник поля, определены свойства сред при
моделировании. Чертеж железоотделителя без насадки (индуктора) приведен на рисунке
2,а. В результате расчета в программе ANSYS построена картина магнитного поля
(рисунок 2,в) и график распределения магнитной индукции (рисунок 2,б).
1
3
25
20
2
Ø10
Ø18
Ø20
Ø70
L=90
а)
б)
в)
Рисунок 2. (а) Чертеж железоотделителя без насадки: 1 – магнитопровод, 2 –
обмотка; (б) график распределения магнитной индукции (осевой Br и радиальной Bz);
(в)картина магнитного поля железоотделителя без насадки
В комплексе программ ANSYS 10 [1, 2, 3] проведен расчет двумерного
магнитного поля железоотделителя с концентрирующей насадкой в виде усеченного
конуса (рисунок 3,а).
7
Ø20
A
2
45
3
Ø40
1
3
25
20
O
Ø10
Ø18
Ø20
Ø70
Ø90
а)
б)
в)
Рисунок 3. (a) Чертеж железоотделителя с концентрирующей насадкой в виде
усеченного конуса; (б) график распределения магнитной индукции (осевой Br и
радиальной Bz); (в) картина магнитного поля железоотделителя с концентрирующей
насадкой в виде усеченного конуса
На рисунке 3,а 1 – обмотка, 2 – магнитопровод, 3 – насадка. Электромагнитные
процессы при расчете двумерных магнитных полей
железоотделителей с
концентрирующими насадками описываются уравнениями Максвелла. Исходные
уравнения магнитостатического поля:
rot H  J ,
(1)
div B  0 ,
B  0 H .
(2)
(3)
8
По результатам расчетов построен график распределения магнитной индукции
(рисунок 3,б) и картина магнитного поля железоотделителя (рисунок 3,в). Показано, что
применение концентрирующих
насадок переменного поперечного сечения
железоотделителей позволяет усилить магнитное поле в заданной области пространства.
Разработана методика позволяющая рассчитать магнитную индукцию и
напряженность двумерных и трехмерных магнитных полей железоотделителей на
основе комбинированных магнитных систем, построить графики результирующей
магнитной индукции и напряженности магнитного поля как в двумерной, так и в
трехмерной постановке задачи. Методика реализует два способа построения геометрии
расчетных моделей магнитных систем, два способа задания шага дискретизации и
несколько способов прохождения по контуру расчетной модели магнитной системы
(рисунок 12).
Рисунок 12. Методика расчета магнитных систем
В третьей главе проведен обзор программных продуктов расчета трехмерных
магнитных полей железоотделителей с концентрирующими насадками переменного
поперечного сечения. Расчет двумерного магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы (рисунок 4,а), выполнен в программе
9
ELCUT [15, 16]. Построен график распределения магнитной индукции (рисунок 4,б) и
картина магнитного поля железоотделителя с концентрирующей насадкой седловидной
формы (рисунок 4,в).
1,2
2 1
2
Ø20
0
45
2
Ø40
85
3
3
25
20
1
Ø10
Ø18
Ø20
Ø70
Ø90
а)
б)
в)
Рисунок 4. (а) Чертеж железоотделителя с концентрирующей насадкой седловидной
формы; (б) график распределения магнитной индукции железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы в направлении 02; (в) картина
магнитного поля
Выполнен расчет двумерного магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой ножевидной формы (рисунок 5,а). В программе ANSYS с
учетом принятых основных допущений, построены график индукции магнитного поля
10
железоотделителя с концентрирующей ножевидной насадкой (рисунок 5,б) и картина
магнитного поля (рисунок 5,в).
1
2,9
Ø20
E
R8
C
7,2
D
B
45
1
Ø40
3
2
O
3
25
20
A
Ø10
Ø18
Ø20
Ø70
Ø90
а)
б)
в)
Рисунок 5. (а) Чертеж железоотделителя с концентрирующей ножевидной насадкой; (б)
график индукции магнитного поля железоотделителя с концентрирующей ножевидной
насадкой вдоль линии ОE (в) картина магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы
На рисунке 5,а 1 – обмотка, 2 – магнитопровод, 3 – насадка.
Проведен расчет трехмерного магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы в комплексе программ ANSYS
Maxwell (рисунок 6,а).
11
При решении трехмерных задач магнитное поле в системе координат (xyz), где
учитывается изменение поля по всем трём координатам, решаются три уравнения
Пуассона относительно скалярных величин Ax , Ay , Az [4, 5, 6]:
1
 2  х   0 J х ,

1 2
  y   0 J y ,

1

 2  z   0 J z .
(4)
(5)
(6)
Уравнение для линейной однородной статической задачи относительно вектора
магнитного потенциала [8, 9, 10]:
1   2 Ax  2 Ax  2 Ax 
(7)

    0 jx ,


 r  x 2
y 2
z 2 
2
2
2
1   Ay  Ay  Ay 
(8)


   0 jy ,
 r  x 2
y 2
z 2 
1   2 Az  2 Az  2 Az 

    0 jz .
(9)


 r  x 2
y 2
z 2 
В трехмерных задачах магнитную индукцию железоотделителей
концентрирующими насадками переменного сечения определяют по формуле (10):
i

B  rot A 
x
Ax
j

y
Ay
k
 A A

 i z  y
z
z
 y
Az

 A A
 A A 
  j  x  z   k  x  y
x 
x
 z

 y
с

 . (10)

В комплексе программ ANSYS Maxwell [5, 9, 10, 13] для трехмерного магнитного
поля железоотделителя с концентрирующей насадкой седловидной формы построена
картина распределения магнитной индукции (рисунок 6,а) и график индукции
магнитного поля железоотделителя вдоль линии OD (рисунок 6,б).
12
а)
б)
Рисунок 6. (а) Картина распределения вектора магнитной индукции железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы; (б) график индукции магнитного поля
железоотделителя с концентрирующей насадкой седловидной формы вдоль линии ОD
В четвертой главе представлены результаты численного и натурного
экспериментов железоотделителей с концентрирующими насадками переменного
поперечного сечения. Натурный эксперимент выполнен с помощью экспериментального
оборудования - цифрового миллитесламетра ТПУ (рисунок 7), предназначенного для
исследований магнитных систем различного назначения и контроля уровней магнитных
полей различных объектов на соответствие требованиям СанПиН 2.2.4.119103, для
измерений магнитной индукции вблизи поверхности образцов и деталей.
Пределы основной относительной погрешности δо при измерении постоянного
магнитного поля δо = ± 2,0 %.
Рисунок 7. Экспериментальное оборудование
Исследуемый образец (железоотделитель с концентрирующей насадкой в виде
усеченного конуса) состоит из индуктора (рисунок 2,а), изготовленного из
электротехнической стали Э 45 (диаметр 90 мм, высота 25 мм) с медной обмоткой и
насадки в виде усеченного конуса изготовлена из электротехнической стали Э 45
(диаметр 40 мм, диаметр 20 мм, высота 45 мм).
13
Число ампер-витков обмотки опытного образца составляет Iw = 2225 А.
Напряжение на зажимах обмотки U = 14,26 В, ток I = 0,089 А, активное сопротивление
R = 160 Ом.
Проведено сопоставление результатов численного расчета в программе ELCUT
с результатами натурного эксперимента железоотделителя с концентрирующей
насадкой в виде усеченного конуса (рисунок 3,а). Графики магнитной индукции
численного расчета и натурного эксперимента представлены на рисунке 8.
Рисунок 8. График магнитной индукции железоотделителя с концентрирующей
насадкой в виде усеченного конуса 1 – натурный эксперимент; 2 – численный расчет в
ELCUT
Значения параметров магнитной индукции в зависимости от расстояния L (рисунок
3,б) приведены в таблице 1.
Таблица 1 Значения магнитной индукции
L,
мм
0
2,5
5
7
11
В,Тл
натуральный
эксперимент
0,0258
0,0245
0,0188
0,016
0,0117
В,Тл
численный
расчет
0,025
0,0234
0,0179
0,0152
0,011
Относительная
погрешность
∆%
3,101
4,408
4,787
5,000
5,983
Относительное отклонение результатов расчетов от измеренных значений
составляет 1,79 %.
14
На предприятии ОАО «Омская макаронная фабрика» для извлечения
ферромагнитных предметов из сыпучих материалов (муки) используется индуктор (П –
образный электромагнитный железоотделитель) без насадки (рисунок 9), габариты
которого существенно больше исследуемого в диссертации железоотделителя без
насадки (рисунок 2,а). Также вышеуказанный П – образный электромагнитный
железоотделитель используется в учебном процессе в ФГБОУ ВПО «Омский
государственный технический университет». Исследованы магнитные поля П –
образного электромагнитного железоотделителя (рисунок 10) и комбинированной
магнитной системы, состоящей из П- образного электромагнитного железоотделителя и
концентрирующих насадок в виде усеченного конуса. П – образный электромагнитный
железоотделитель представляет собой сердечник изготовленный из электротехнической
стали Э 45 (высота 160 мм, длина 440 мм), состоящий из двух полюсов и двух обмоток
возбуждения, подключенных к источнику постоянного тока. Между ярмами полюсов
имеются воздушные зазоры. Расстояние между полюсами составляет 120 мм.
Концентрирующие насадки железоотделителя представляют собой сердечник
изготовленный из электротехнической стали Э 45 в форме усеченный конус (диаметр 20
мм, диаметр 40 мм, высота 45 мм). Число ампер-витков обмоток П - образного
электромагнитного железоотделителя I w = 2600 А. Напряжение на зажимах обмотки U
= 40 В, ток I = 4 А.
При расчете в программе ELCUT магнитных полей заданы основные допущения,
граничные условия, определен тип задачи, заданы намагничивающая сила обмотки и
источник поля, определены свойства сред при моделировании. По результатам расчета
построены картины магнитного поля графики магнитной индукции П- образного
электромагнитного железоотделителя (рисунок 10,а) и комбинированной магнитной
системы (рисунок 10,б).
Рисунок 9. П- образный электромагнитный железоотделитель
15
а)
б)
Рисунок 10. (а) Картина поля и график магнитной индукции П - образного
электромагнитного железоотделителя; (б) картина поля и график магнитной индукции
комбинированной магнитной системы
Из графиков видно, насадки в виде усеченного конуса комбинированной
магнитной системы (рисунок 10 б) усиливают магнитное поле на удалении от П образного
электромагнитного
железоотделителя.
Эффект
от
применения
концентрирующих насадок составляет около 10%.
Проведено сопоставление результатов численного расчета магнитного поля в
программе ELCUT П- образного электромагнитного железоотделителя (рисунок 10 а) с
результатами натурного эксперимента. Графики магнитной индукции численного
расчета и натурного эксперимента представлены на рисунке 11.
Значения параметром магнитной индукции в зависимости от расстояния L
(рисунок 2,б) приведены в таблице 2.
16
Таблица 2 Значения магнитной индукции
L
мм
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1-натурный
эксперимент
В, Тл
0,01
0,014
0,0195
0,0286
0,0344
0,03156
0,0224
0,0155
0,0114
2- численный
расчет
В, Тл
0,00973
0,01327
0,0187
0,0274
0,0327
0,0301
0,0213
0,0143
0,0107
Относительная
погрешность
∆%
2,679
5,214
4,103
4,196
4,942
4,626
4,911
7,742
6,140
Относительное отклонение результатов расчетов от измеренных значений составляет
4,95%
Рисунок 11 График магнитной индукции П – образного электромагнитного
железоотделителя 1 – натурный эксперимент; 2 – численный расчет в ELCUT
17
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Разработаны конструкции железоотделителей с концентрирующими насадками
переменного поперечного сечения, позволяющие получить магнитную индукцию
требуемой величины. Для расчета магнитных полей железоотделителей выбраны
осесимметричная, плоскопараллельная и квазистационарная математические модели,
метод конечных элементов.
2. Разработаны методика и программа расчета двумерных и трехмерных магнитных
полей железотделителя с концентрирующей насадкой в виде усеченного конуса,
ножевидной и седловидной насадкой
3. Разработаны алгоритмы расчета магнитных полей двумерных и трехмерных
железоотделителя с концентрирующими насадками переменного поперечного
сечения, в комплексах программ Elcut 5.6 и ANSYS.
4. Определены формы насадок концентраторов магнитного поля железоотделителя для
получения требуемых значений магнитной индукции от 20 мТл до 1,2 Тл в заданных
областях
пространства.
Выбраны
конструкции
железоотделителя
с
концентрирующей ножевидной насадкой, значение магнитной индукции которой в
заданной области пространства составляет 1,215 Тл и седловидной насадкой,
значение магнитной индукции которой в заданной области пространства составляет
1,15 Тл.
5. Проведено сопоставление результатов численного расчета с результатами натурного
эксперимента. Относительное отклонение результатов расчетов от измеренных
значений не превышает 7 %.
В приложении представлены акты внедрения результатов диссертационной
работы в производство и учебный процесс, патенты на полезную модель, свидетельства
о регистрации в фонде алгоритмов и программ.
18
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в периодических научных изданиях по перечню ВАК
1.
2.
3.
Андреева
Е.Г.,
Татевосян
А.А.,
Семина И.А.
Исследование
осесимметричной модели магнитной системы открытого типа // Омский
научный вестник. – 2010.- Вып. 1 (87)- С.110-113.
Андреева Е.Г., Татевосян А.А., Семина И.А. Исследование моделей
магнитных систем открытого типа в комплексах программ ELCUT и ANSYS//
Омский научный вестник. – 2013.- вып. 2 (120)- С. 231-235.
Семина И.А. Имитационное моделирование трехмерной модели магнитной
системы открытого типа в комплексе программ ANSYS// Электротехнические
и информационные комплексы и системы. №1, т.10, 2014. С. 32-36.
Статьи включенные в международные системы цитирования
4.
Semina I.A., Demin A.V., Andreeva E.G. Исследование электромагнитных
процессов и характеристик систем с незамкнутым магнитопроводом (научная
статья) The Study of Electromagnetic Processes and Characteristics Systems with
Open Magnetic Core. 2015 INTERNATIONAL SIBIRIAN CONFERENCE ON
CONTROL AND COMMUNICATIONS (SIBCON): Материалы междунар.
конф. – Омск 2015. 978с.
Статьи в периодических научных изданиях, материалы региональных и
международных конференций
5.
6.
7.
8.
Андреева, Е. Г. Исследование магнитного поля системы открытого типа с
использованием комплекса программ ELCUT / Е. Г. Андреева, А. А.
Татевосян, И. А. Семина // Динамика систем, механизмов и машин :
материалы VΙΙ Междунар. науч.-техн. конф. / ОмГТУ. – Омск, 2009. – Кн. 1. –
С. 111–114.
Расчет трехмерной модели магнитной системы открытого типа в
комплексе программ ANSYS / Е. Г. Андреева, В.В. Педдер, А. А. Татевосян,
И. А. Семина // Динамика систем, механизмов и машин : материалы 8
Междунар. науч.-техн. конф. / ОмГТУ. – Омск, 2012. – Кн. 1. – С. 88–91.
Андреева, Е. Г. Исследование магнитного поля системы открытого типа со
стальным и медным экранами при помощи комплекса программ ELCUT / Е.
Г. Андреева, М. Ю. Кульбака, И. А. Семина // Физико-математическое
моделирование систем : материалы VΙΙ Междунар. семинара. – Воронеж,
2011. – Ч. 2. – С. 216–219.
Андреева, Е. Г. Исследование поля магнитной системы открытого типа с
помощью программного пакета ANSYS / Е. Г. Андреева, А. А. Татевосян, И.
19
9.
А. Семина // Динамика систем, механизмов и машин :материалы VIII
междунар. науч.-техн. конф.-Омск: изд-во ОмГТУ, 2014.–№1.–С.173-175.
Андреева, Е. Г. Имитационное моделирование магнитных систем открытого
типа в комплексе программ ANSYS с насадкой специальной конструкции / Е.
Г. Андреева, И. А. Семина, А. И. Гергенредер // Россия молодая: передовые
технологии – в промышленность! : материалы V Всерос. науч.-техн. конф. с
междунар. участием, 12-14 нояб. : в 3 кн. / отв. ред. А. В. Косых ; ОмГТУ. –
Омск, 2013. – С. 194–197.
Беляев, П. В. Математическое моделирование электротехнического
комплекса преобразователь – микрокомпрессор / П. В. Беляев, И. А. Семина,
А. Ю. Самохвалова // Россия молодая: передовые технологии – в
промышленность! : материалы V Всерос. науч.-техн. конф. с междунар.
участием, 12-14 нояб. : в 3 кн. / отв. ред. А. В. Косых ; ОмГТУ. – Омск, 2013. –
С. 197–199.
11.
Ковалев Ю.З., Андреева Е.Г., Татевосян А.А., Колмогоров Д.В., Семина
И.А. Расчет электротехнических устройств с использованием программного
пакета ANSYS. (Учебное пособие) Омск: изд-во ОмГТУ, 2010. – 60 с.
12.
Ковалев Ю.З., Андреева Е.Г., Татевосян А.А., Колмогоров Д.В., Семина
И.А. Расчет электротехнических устройств с использованием программного
пакета ANSYS. (Учебное пособие) (рекомендовано к изданию УМО) Омск:
изд-во ОмГТУ, 2013. – 384 с.
13. «Программа расчета магнитного поля системы открытого типа» –
свидетельство о регистрации электронного ресурса № 19723 от 03.12.2013г.
14. Программный комплекс «Алгоритм расчета магнитной системы открытого
типа в комплексе программ ELCUT» – свидетельство о регистрации
электронного ресурса № 120553 от 27.11.2014г.
15. Программный комплекс «Алгоритм расчета трехмерной модели магнитной
системы открытого типа в комплексе программ ANSYS Maxwell» –
свидетельство о регистрации электронного ресурса № 120554 от 27.11.2014г.
16.
Семина, И. А. Имитационное моделирование поля электромагнитов в
программе ELСUT / И. А. Семина, А. А. Баженов // Актуальные проблемы
энергетики АПК : материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. / под ред. А. В.
Павлова. – Саратов, 2013. – С. 378.
17.
Семина, И. А. Исследование электромагнитного поля системы
электромагнитов в комплексе программ ELCUT / И. А. Семина, А. А. Баженов
// Молодежь. Техника. Космос : труды V Общерос. молод. науч.-техн. конф. /
Балт. гос. тех. ун-т. – СПб., 2013. – С. 280.
18. Семина, И. А. Моделирование магнитного поля системы открытого типа в
программе ELCUT/ И.А. Семина, А. В. Демин, А. И. Гергенредер //
Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов
:материалы III Всерос. науч.-техн. конф.-Тольятти, 2014. – С. – 209-211.
10.
20
Личный вклад. В работах, опубликованных в соавторстве лично
соискателю принадлежит: в [1,2,4,5,6,11,15,16,17,18] – моделирование двумерных
концентраторов магнитного поля железоотделителей в комплексах программ
ANSYS и ELCUT; в [3,7,8,9,10] - моделирование двумерных и трехмерных
концентраторов магнитного поля железоотделителей с сердечниками переменного
поперечного сечения в комплексах программ ANSYS; в [11,12,13] – разработка
алгоритмов расчета двумерных и трехмерных концентраторов магнитного поля
железоотделителей в комплексах программ ELCUT и ANSYS Maxwell.
Печатается в авторской редакции
Подписано в печать 22 октября 2015г. Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Отпечатано в дубликате. Усл. печ. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 33
Типография: 644050, Омск-50, пр. Мира 11,
ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»,
Кафедра «Дизайн и технологии медиа индустрии»
21
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа