Мультифізична модель процесів у електромагнітах і актуаторах вакуумних комутаційних апаратів з урахуванням контактної взаємодїї конструктивних елементів

Автор(и)

  • Михайло Пантелят Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1357-2134
  • Артем Кузьмін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2021.2.03

Ключові слова:

вакуумний автоматичний вимикач, вакуумний контактор, електромагнітний актуатор, математична модель, контактна взаємодія, розрахунок

Анотація

У статті запропонована удосконалена методика мультифізичного комп’ютерного моделювання зв’язаних процесів у конструктивних елементах вакуумних комутаційних апаратів середньої та високої напруги з урахуванням контактних явищ. У конструкціях сучасних вакуумних автоматичних вимикачів і контакторів спостерігається значне використання електромагнітних актуаторів на основі висококоерцитівних магнітотвердих рідкоземельних композиційних матеріалів NdFeB і SmCo. Найбільш перспективними для використання в якості приводів автоматичних вимикачів і контакторів є поляризовані електромагніти на основі використання зазначених висококоерцитівних постійних магнітів. Однак існуючі серійні конструкції електромагнітів і актуаторов необхідно суттєво вдосконалити з метою підвищення надійності і терміну експлуатації, зниження масогабаритних і вартісних показників, подальшого зниження енергоспоживання, вдосконалення технологічності процесу масового виробництва. Комп‘ютерне моделювання запропоновано виконувати методом скінченних елементів у двовимірній постановці з використанням комерційних програмних продуктів і (або) програмного забезпечення, створеного безпосередньо для проведення зазначених досліджень. Одним із пріоритетних напрямків удосконалення математичних моделей і алгоритмів комп’ютерного моделювання процесів у механічному колі вакуумних комутаційних апаратів середньої та високої напруги є врахування контактної взаємодії конструктивних елементів апаратів, що розглядаються. Наступним кроком, завдяки використанню вдосконаленої математичної моделі, є виконання комплексу розрахункових досліджень і на основі отриманих чисельних результатів розробка рекомендацій, спрямованих на створення конструкцій електромагнітів і актуаторів, які б відповідали світовим стандартам і були конкурентоспроможними на світовому ринку.

Посилання

Baida E.I. Multyfizychni modeli vysokovoltnykh vakuumnykh vymykachiv z bistabilnymy poliaryzovanymy aktuatoramy v dy-namichnykh rezhymakh: dis. … d-ra tekhn. nauk 05.09.01 [Multiphysical models of high-voltage vacuum circuit breakers with stable polarized actuators in dynamic modes. Dr. eng. sci. diss.]. Kharkiv, 2018. 376 p.

Leliuk M.A. Udoskonaennia vakuumnykh kontaktoriv z moho stabilnymy poliaryzovanymy elektromahnitamy: dis. … kand. tekhn. nauk 05.09.01 [Improving vacuum contactors with monostable polarized electromagnets. Candidate eng. sci. diss. (Ph. D.)]. Khakriv, 2019. 229 p.

https://new.siemens.com

Baida E.I., Klymenko B.V., Vyrovets S.V., Pantelyat M.G., Clemens M. Investigations of the dynamics of a bistable electromagnet with improved characteristics for medium voltage vacuum circuit breakers. Electrical engineering & electromechanics. 2020, no. 3, pp. 3-8. doi: 10.20998/2074-272X.2020.3.01.

Garmash N.G. Dvumernyj konechnojelementnyj analiz kontaktnyh zadach s uchetom teploobmena: dis. … kand. tekhn. nauk [Two-dimensional finite element analysis of contact problems taking into account heat transfer. Candidate eng. sci. diss. (Ph. D.)]. Khakriv, 1999. 163 p.

Pantelyat M.G., Doležel I. Finite element technique for solution of thermo-contact problems and its application in numerical analysis of devices working with induction heating. Electrical engineering & electromechanics. 2016. No. 4. pp. 22-27. doi: 10.20998/2074-272X.2016.4.03.

https://www.comsol.ru/video/mechanical-and-thermal-contacts-in-comsol-multiphysics-webinar-ru

Demirchyan K.S. Modelirovanie magnitnyh polej [Modelling of magnetic fields]. Leningrad: Energy, 1974. 288 p.

Bíró O., Preis K. On the use of the magnetic vector potential in the finite element analysis of three-dimensional eddy currents. IEEE Transactions on Magnetics. 1989, v. 25, No. 4. Pp. 3145–3159. doi: 10.1109/20.34338.

Timoshenko S.P., Goodier J. Teorija uprugosti [Theory of elasticity]. Moscow: Nauka, 1979. 560 p.

Abba F., Rachek M. Time-stepping FEM-based multi-level coupling of magnetic field-electric circuit and mechanical structural deformation models dedicated to the analysis of electromagnetic actuators. Actuators. 2019, v. 8, No. 22. pp. 1-28. doi:10.3390/act8010022.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-09