Аналітичне і фізичне моделювання магнітоактивної частини лінійного електрогенератора з постійними магнітами

Автор(и)

  • Oleg Rezinkin Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-8151-5636
  • Andriy Getman Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-2849-3575
  • Serhiy Buryakovskiy Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-2469-7431
  • Borys Kubrik Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-8327-0350

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205154

Ключові слова:

лінійний електрогенератор, магнітний потік, постійний магніт, електрорушійна сила, циліндрична гармоніка

Анотація

В автономних системах, що потребують компактного джерела електроенергії, а також при необхідності спрощення механізмів конструкції енергосистем, все більш широке застосування знаходять лінійні електрогенератори. Для дослідження характеристик лінійного електрогенератора запропонована аналітична модель його магнітоактивної частини. В основу моделі покладено припущення про періодичність лінійного поступального руху якоря відносно нерухомої циліндричної обмотки. На основі уявлення магнітного поля, яке створює якір електрогенератора, циліндричними гармоніками скалярного потенціалу, проведено аналіз магнітного потоку, створюваного індуктором, конструкція якого містить кілька попарно-протилежно орієнтованих циліндричних постійних магнітів. Використання уявлень на основі циліндричних гармонік для магнітного потоку і ЕРС, яка наводяться в круговому контурі, дозволило обґрунтувати раціональну кількість циліндричних магнітів якоря і їх геометричні параметри. Проведено оцінку втрат, викликаних технологічною необхідністю застосування замість суцільних циліндричних магнітів кільцеподібних, з тими ж габаритними розмірами. Проведено аналіз втрат магнітного потокозчеплення зі струмовою обмоткою, що виникають у зв'язку з наявністю технологічно необхідного зазору між постійними магнітами і секціями обмотки. Проведено аналіз розташування і комутації секцій обмоток, що дозволило обґрунтувати вибір раціонального розміру в поперечному перерізу. Для експериментальної перевірки аналітично отриманих результатів була створена фізична модель лінійного електрогенератора з якорем, що містить постійні циліндричні магніти, поступальний періодичне рух якого забезпечувалося зовнішнім електроприводом. Аналіз зафіксованих за допомогою цифрового осцилографа залежностей ЕРС з невеликою (5 %) похибкою підтвердив отримані аналітичні результати і коректність покладених в основу моделі положень

Біографії авторів

Oleg Rezinkin, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інженерна електрофізика

Andriy Getman, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра теоретичні основи електротехніки

Serhiy Buryakovskiy, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут «Молнія»

Borys Kubrik, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра теоретичні основи електротехніки

Посилання

  1. Kondratenko, I. P., Rashchepkin, A. P., Vashchyshyn, D. D. (2010). Rozrakhunok elektrorushiynoi syly liniynoho heneratora dlia peretvorennia enerhiyi khvyl. Visnyk Kremenchutskoho derzhavnoho universytetu im. M. Ostrohradskoho, 4 (1), 72–75.
  2. Slynchenko, A. A., Klyuev, K. M. (2005). Sudovoy lineyniy dizel'-generator dlya propul'sivnyh kompleksov. Sudovye energeticheskie ustanovki, 12, 145–151.
  3. Miao, Y., Zuo, Z., Feng, H., Guo, C., Song, Y., Jia, B., Guo, Y. (2016). Research on the Combustion Characteristics of a Free-Piston Gasoline Engine Linear Generator during the Stable Generating Process. Energies, 9 (8), 655. doi: https://doi.org/10.3390/en9080655
  4. Menzhinski, A. B., Malashin, A. N., Sukhodolov, Y. V. (2019). Experimental Verification of the Adequacy of Mathematical Model of the Reciprocating Electric Electromagnetically Excited Generator. ENERGETIKA. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (2), 168–176. doi: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-168-176
  5. Kondratenko, I. P., Rashchepkin, A. P., Vashchishin, D. D. (2012). A dynamic model of a linear permanent magnet generator for converting wave energy. Tekhnichna elektrodynamika, 2, 113–114. Available at: http://techned.org.ua/2012_2/st54.pdf
  6. Mikalsen, R., Roskilly, A. P. (2007). A review of free-piston engine history and applications. Applied Thermal Engineering, 27 (14-15), 2339–2352. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.03.015
  7. Jia, B., Smallbone, A., Mikalsen, R., Shivaprasad, K. V., Roy, S., Roskilly, A. P. (2019). Performance Analysis of a Flexi-Fuel Turbine-Combined Free-Piston Engine Generator. Energies, 12 (14), 2657. doi: https://doi.org/10.3390/en12142657
  8. Jia, B., Zuo, Z., Tian, G., Feng, H., Roskilly, A. P. (2015). Development and validation of a free-piston engine generator numerical model. Energy Conversion and Management, 91, 333–341. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.11.054
  9. Kosaka, H., Akita, T., Moriya, K., Goto, S., Hotta, Y., Umeno, T., Nakakita, K. (2014). Development of Free Piston Engine Linear Generator System Part 1 - Investigation of Fundamental Characteristics. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/2014-01-1203
  10. Goto, S., Moriya, K., Kosaka, H., Akita, T., Hotta, Y., Umeno, T., Nakakita, K. (2014). Development of Free Piston Engine Linear Generator System Part 2 - Investigation of Control System for Generator. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/2014-01-1193
  11. Feng, H., Guo, C., Yuan, C., Guo, Y., Zuo, Z., Roskilly, A. P., Jia, B. (2016). Research on combustion process of a free piston diesel linear generator. Applied Energy, 161, 395–403. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.069
  12. Jia, B., Smallbone, A., Zuo, Z., Feng, H., Roskilly, A. P. (2016). Design and simulation of a two- or four-stroke free-piston engine generator for range extender applications. Energy Conversion and Management, 111, 289–298. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.12.063
  13. Mikalsen, R., Roskilly, A. P. (2008). The design and simulation of a two-stroke free-piston compression ignition engine for electrical power generation. Applied Thermal Engineering, 28 (5-6), 589–600. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.04.009
  14. Jia, B., Tian, G., Feng, H., Zuo, Z., Roskilly, A. P. (2015). An experimental investigation into the starting process of free-piston engine generator. Applied Energy, 157, 798–804. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.02.065
  15. Jia, B., Smallbone, A., Feng, H., Tian, G., Zuo, Z., Roskilly, A. P. (2016). A fast response free-piston engine generator numerical model for control applications. Applied Energy, 162, 321–329. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.108
  16. Watson, G. N. (1922). A treatise on the theory of Bessel functions. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 804. Available at: https://www.forgottenbooks.com/de/download/ATreatiseontheTheoryofBesselFunctions_10019747.pdf
  17. Smythe, W. (1950). Static and Dynamic Electricity. McGraw-Hill, 623. Available at: https://archive.org/details/StaticAndDynamicElectricity/page/n95/mode/2up
  18. Gray, A., Mathews, G. B. (1895). A treatise on Bessel functions and their applications to physics. Macmillan and Co., 316. Available at: https://archive.org/details/treatiseonbessel00grayuoft/page/n10/mode/2up
  19. Getman, A. V., Konstantinov, A. V. (2013). Cylindrical harmonics of magnetic field of linear magnetized cylinder. Tekhnichna elektrodynamika, 1, 3–8. Available at: http://techned.org.ua/2013_1/st1.pdf
  20. Getman, A. V., Konstantinov, A. V. (2011). Cylindrical harmonics of magnetic field of a uniformly magnetized cylinder. Elektrotekhnika i Elektromekhanika, 5, 51–53. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/13573/1/EE_2011_5_Get%27man_Tsilindricheskiye.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Rezinkin, O., Getman, A., Buryakovskiy, S., & Kubrik, B. (2020). Аналітичне і фізичне моделювання магнітоактивної частини лінійного електрогенератора з постійними магнітами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (105), 30–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205154

Номер

Том 3 № 5 (105) (2020): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Oleg Rezinkin, Andriy Getman, Serhiy Buryakovskiy, Borys Kubrik

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.