Анотація до роботи:

Чепелюк О.О. Удосконалення електромагнітів постійного струму з поперечним рухом якоря для контакторів змінного струму поворотного типу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – Електричні машини й апарати. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2005.

Дисертація присвячена удосконаленню приводних електромагнітів постійного струму з поперечним рухом якоря і вибору їхніх раціональних параметрів для контакторів змінного струму, зокрема, контакторів серії КМ26 з метою зниження енергоспоживання і витрат активних матеріалів (обмотувального проводу та постійного магніту – у електромагнітах з магнітним залипанням), що приводить до зменшення маси і габаритів електромагніта в цілому.

Розроблені нові технічні рішення приводних електромагнітів постійного струму з поперечним рухом якоря: електромагніти з феромагнітними шунтами у робочих зазорах; електромагніт з магнітним залипанням; системи управління змінним струмом електромагнітами з магнітним залипанням.

Розроблено рекомендації щодо вибору раціональних параметрів магнітних систем та обмоткових даних запропонованих електромагнітів із поперечним рухом якоря.

Внаслідок вибору раціональних параметрів суттєво покращені вищезгадані техніко-економічні показники удосконалених електромагнітів.

У результаті аналізу літератури і стану проблеми по темі дисертаційної роботи були сформульовані мета і задачі науково-технічного дослідження, що полягають у розробці науково обґрунтованих рекомендацій з удосконалення конструкцій приводних ЕМП і вибору їхніх раціональних параметрів для контакторів змінного струму, зокрема, контакторів КМ26-33 і КМ26-35, з метою підвищення їхніх техніко-економічних показників, а саме: зниження енергоспоживання і витрат активних матеріалів (обмотувального проводу та постійного магніту - у електромагнітах з магнітним залипанням), що приводить до зменшення маси, габаритів і вартості електромагніта в контакторі у цілому. Для досягнення вказаної мети в дисертаційній роботі були вирішені слідуючі науково-технічні задачі та отримані наступні наукові результати:

1. Розроблено нові технічні рішення приводних ЕМП із поперечним рухом якоря для контакторів змінного струму, а саме:

конструкцію ЕМП з феромагнітними шунтами в робочих зазорах, застосування якого у контакторах, працюючих у повторно-короткочасному режимі з великою частотою комутацій, забезпечує більш раціональне їх компонування (в межах габаритних розмірів контактора з управлінням змінним струмом);

конструкцію ЕМП з магнітним залипанням. Використання таких ЕМП забезпечує відсутність споживання електроенергії в увімкненому режимі, а також приводить до істотного зменшення витрати обмотувального проводу і є доцільним в контакторах для тривалого і переривчасто-тривалого режимів роботи;

системи керування двухобмотковим і однообмотковим ЕМП із магнітним залипанням з випрямленням напруги живлення, застосування яких полегшує умови комутації перемикаючого контакту і, за рахунок збільшення струму в обмотках, приводить до додаткового зниження витрати обмотувального проводу. Виконання електричних схем систем керування у вигляді окремого блоку, встановленого на контакторі, дозволяє використовувати контактор у колах керування змінного струму.

2. Розроблено зручну у застосуванні з використанням ПЕОМ методику розрахунку статичного тягового моменту у ЕМП, в основі якої лежить двовимірна модель розрахунку магнітних систем методом кінцевих елементів. При переході до двовимірної задачі розрахунку круглий у перерізі сердечник електромагніта замінений прямокутним за умови рівності в них магнітної енергії.

3. Отримано розрахункові залежності статичного тягового моменту в ЕМП із поперечним рухом якоря в початковому положенні якоря від розмірів феромагнітних шунтів у робочих зазорах ЕМП, на основі яких розроблено рекомендації щодо вибору раціональних параметрів магнітної системи (розмірів феромагнітних шунтів та МРС магнітної системи).

4. Отримано розрахункову залежність статичного тягового моменту в ЕМП із поперечним рухом якоря з магнітним залипанням при притягнутому якорі від ширини постійного магніту та товщини немагнітної прокладки між ярмом та полюсним наконечником, на основі якої розроблено рекомендації щодо зменшення об’єму постійного магніту в ЕМП.

5. Розроблено рекомендації щодо вибору в ЕМП з магнітним залипанням раціональних (мінімальних) значень МРС включення та відключення магнітної системи.

6. Розроблено та реалізовано у вигляді комп'ютерних програм уточнені методики розрахунку нагрівання (для котушок ЕМП із феромагнітними шунтами), обмотувальних даних та МРС у запропонованих ЕМП.

7. Розроблено рекомендації щодо вибору раціональних обмотувальних даних, спрямованого на зменшення витрат обмотувального проводу та споживаної потужності в запропонованих ЕМП з поперечним рухом якоря.

8. У результаті вибору раціональних параметрів ЕМП із феромагнітними шунтами вдалося зменшити споживану потужність (на 61% або до 19,8 Вт) і витрати обмотувального проводу (на 36% або на 0,22 кг), знизити температуру нагрівання котушки на 30^оС (до 103,4^оС), а також підвищити ремонтоздатність котушки електромагніта (виконана на поліамідному каркасі).

9. У результаті вибору раціональних параметрів ЕМП із магнітним залипанням вдалося зменшити об’єм постійного магніту в 1,8 рази (до 2,7 дм³) і витрати обмотувального проводу (у залежності від обраної системи керування: майже в 3 рази в двухобмотковому ЕМП із керуванням постійним струмом (до 0,203 кг) і більше (до 0,106 і 0,060 кг) - при використанні схем керування двухобмоткового й однообмоткового ЕМП із випрямленням напруги живлення).

10. Достовірність отриманих у роботі результатів підтверджується експериментальними дослідженнями ЕМП у макетних зразках контакторів, які проводилися в АТ «ЕНАС».

11. Результати дисертаційної роботи впроваджені в АТ «ЕНАС» та у навчальному процесі кафедри електричних апаратів НТУ «ХПІ».

Публікації автора:

1. Клименко Б.В., Чепелюк А.А. Электромагнитные системы с «залипанием» для контакторов переменного тока // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - №81. - С. 83-84.

Здобувачем розроблено ЕМП із поперечним рухом якоря з магнітним залипанням.

2. Клименко Б.В., Чепелюк А.А. Расчет электромагнитных систем с «залипанием» для контакторов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - №84. - С. 123-126.

Здобувачем розроблено спрощену методику розрахунку магнітної системи ЕМП із поперечним рухом якоря з магнітним залипанням з використанням схем заміщення.

3. Клименко Б.В., Чепелюк А.А. Электрические схемы питания электромагнитных систем с залипанием в контакторах переменного тока // Вісник національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2001. - №16. - С. 93-96.

Здобувачем розроблені електричні схеми систем керування ЕМП із магнітним залипанням з випрямленням напруги живлення.

4. Чепелюк А.А. Экспериментальное исследование влияния формы рабочего зазора на тяговые усилия в электромагните с поперечным движением якоря // Електротехніка і електромеханіка. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2003. -№1. - С. 77-80.

5. Байда Е.И., Чепелюк А.А. Расчет электромагнитных систем с поперечным движением якоря и ферромагнитными шунтами в рабочих зазорах // Електротехніка і електромеханіка. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2003. - №3. - С. 7-11.

Здобувачем для розрахунку ЕМП із поперечним рухом якоря розроблено двовимірну модель розрахунку магнітних систем методом кінцевих елементів.

6. Чепелюк А.А. Оптимизация параметров электромагнитных систем с поперечным движением якоря и ферромагнитными шунтами в рабочих зазорах // Електротехніка і електромеханіка. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005. - №2. - С. 55-58.

7. Гапоненко Г.Н., Клименко Б.В., Форкун Я.Б., Чепелюк А.А. Электромагнитные системы с поперечным якорем в контакторах постоянного и переменного тока // Материалы междунар. науч.-техн. конф.: «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье». - Харьков, Мишкольц, Магдебург: ХГПУ, МУ, МТУ. - 1996. - Ч.1. - С. 70.

Здобувачем запропоновано використання ЕМП із поперечним рухом якоря у контакторах змінного струму.

8. Гапоненко Г.Н., Клименко Б.В., Омельченко В.В., Форкун Я.Б., Чепелюк А.А. Расчет многоконтурных нелинейных магнитных систем электромагнитов с поперечным якорем // Тр. междунар. науч.-техн. конф.: «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье». - Харьков, Мишкольц, Магдебург: ХГПУ, МУ, МТУ. - 1997. - Ч.3. - С. 38-41.

Здобувачем викладені особливості обчислювального процесу при використанні комбінованого методу розрахунку магнітної системи ЕМП із поперечним рухом якоря.

9. Клименко Б.В., Форкун Я.Б., Чепелюк А.А. Нетрадиционные приводы электромагнитных контакторов постоянного и переменного тока // Proceedings of the 3rd international scientific and technical conference on Unconventional electromechanical and electrical systems - UEES’97. Szczecin: Technical University Press. - 1997. - Volume 2. - P. 315-320.

Здобувачем запропоновано компонування ЕМП із поперечним рухом якоря в контакторі змінного струму, розроблена схема заміщення та запропоновано використання комбінованого методу розрахунку магнітної системи.

10. Гапоненко Г.Н., Клименко Б.В., Омельченко В.В., Чепелюк А.А. Влияние формы рабочего зазора на тяговые усилия в электромагните с поперечным движением якоря для контактора переменного тока // Сборник научных трудов ХГПУ: «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье». - Харьков: ХГПУ. - 1998. - Ч.2. - С. 220-223.

Здобувачем проведені оцінюючі розрахунки ЕМП із поперечним рухом якоря з полюсними наконечниками і феромагнітним шунтом у меншому робочому зазорі комбінованим методом.