Встановлення взаємозв’язку між геометричними та енергетичними параметрами електричних апаратів з метою раціонального вибору апаратів та їх серій - Автореферат

Електричні апарати за своєю номенклатурою, кількістю типорозмірів, розмаїтістю принципів дії і призначенню, діапазоном потужностей, струмів і напруги, масовістю виробництва є найбільш чисельною групою електроустаткування, що використовується в господарстві будь-якої держави. При такому масовому застосуванні електричних апаратів важливе значення має раціональний вибір не тільки окремої конструкції, а й серії електричних апаратів, що існують на світовому ринку, для використання чи виробництва всередині країни, оскільки помилка може привести до великих збитків, а вдале рішення - принести значну вигоду. Дослідження взаємозвязку геометричних, електромагнітних та енергетичних параметрів електричних апаратів у широких межах їх зміни дозволяє розширити реальний діапазон їх взаємозалежностей та отримати критерій вибору апарату. Для оцінки ефективності роботи електричного апарата запропоновано і обґрунтовано параметр “коефіцієнт втрат потужності”, який дорівнює відношенню втрат потужності в апараті до пропущеної через нього потужності і відношення цього коефіцієнта до базового характеризує ступень досконалості апарата. Обґрунтованість і вірогідність наукових висновків і рекомендацій підтверджується дослідженнями сучасних і знятих з виробництва конструкцій електричних апаратів широкого діапазону потужностей і напруг різного призначення, аналізом електромагнітних, енергетичних і габаритних характеристик який проведено математично коректними методами теорії ймовірностей, теорії похибок, теорії кіл, теплопередачі і теорії електромагнітного поля.На підставі отриманих теоретичних положень для розглянутих видів ЕА виникає задача визначення взаємозвязку габаритних розмірів, маси й енергетичних параметрів з УЛР з врахуванням отриманих аналітичних залежностей маси, електромагнітних (густина струму в обмотках і на контактах, індукції в осерді) і енергетичних (потужності, втрат) параметрів ЕА від УЛР. 1 аналізу літературних джерел щодо взаємозвязку енергетичних і масогабаритних параметрів електромеханічних перетворювачів енергії, за аналогією з електричними машинами, припускаємо, що залежності потужності, повної потужності, маси, напруги, сили тяги, втрат і коефіцієнта втрат потужності ЕА від УЛР мають вигляд: ; (3) Розрахунок показників ступеня в залежностях потужності, маси і напруги, сили тяги, втрат, коефіцієнта втрат потужності - від УЛР і потужності в залежності від маси проводимо за такими формулами: ; (10) Якщо для ЕМ це, як загальновідомо, відношення корисної потужності, тобто потужності тієї, що віддається у навантаження, до спожитої потужності, то для ЕА, наприклад, комутаційних, це скоріше відношення потужності, пропущеної на комутований пристрій, до потужності, що одержана від одного або декількох джерел, звичайно з мережі. Пропонується для розглянутих ЕА застосовувати параметр “коефіцієнт втрат потужності” ?, що дорівнює відношенню втрат потужності в апараті до пропущеної через нього потужності і визначається як відношення потужності втрат у ЕА до потужності на його вході або до пропущеної потужності, оскільки вони розрізняються незначно: ,(24) де P1 - споживана потужність;Результати аналітичних (на основі фундаментальних фізичних взаємозвязків) та чисельних з використанням ЕОМ, а також експериментальні дослідження (на реальних апаратах) підтвердили основні теоретичні положення, сформульовані в роботі. Густина струму контактів для підтримки сталості перевищення температури має бути обернено пропорційна кореню квадратному з УЛР. Електромагнітна техніка високої напруги підкоряється кубічному закону залежності енергії, а отже, і потужності від УЛР. У цілому, показники ступеня залежностей енергетичних параметрів від УЛР, відрізняються від теоретичних значень. У ЕА високої напруги: розєднувачах, віддільниках і заземлювачах, на габарити, поряд з потужністю, впливає і напруга.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача щодо уточнення відомих залежностей енергетичних параметрів електричних апаратів від їх геометричних розмірів для розробки критерію раціонального вибору.

Результати аналітичних (на основі фундаментальних фізичних взаємозвязків) та чисельних з використанням ЕОМ, а також експериментальні дослідження (на реальних апаратах) підтвердили основні теоретичні положення, сформульовані в роботі. Виконані теоретичні й експериментальні дослідження дозволяють сформулювати наступні висновки: 1. Теоретично підтверджена технічно відома доцільність застосування багатоточкових контактів із пластичною деформацією (низькі значення показників ступеня) для потужнострумових контактів і одноточкового контакту з пружною деформацією (вищі значення показників ступеня) для слабкострумових контактів. Густина струму контактів для підтримки сталості перевищення температури має бути обернено пропорційна кореню квадратному з УЛР.

2. Сила тяги кожного з ряду геометрично подібних електромагнітів в електромагнітних реле, пропорційна кубу узагальненого лінійного розміру, є необхідною і достатньою для привода контактного механізму відповідного реле. Робота, виконувана електромагнітом при включенні, пропорційна 4-5 ступеню УЛР на відміну від електричних машин, де споживана потужність пропорційна 3,5-4 ступеню УЛР.

3. В електромагнітних пристроях низької напруги, так само як і в електромагнітній техніці надвисокої напруги, УЛР можна вважати залежним не від конкретної напруги, а від її класу. Електромагнітна техніка високої напруги підкоряється кубічному закону залежності енергії, а отже, і потужності від УЛР.

4. У цілому, показники ступеня залежностей енергетичних параметрів від УЛР, відрізняються від теоретичних значень. Однак, криві, що відбивають дані залежності, асимптотично наближаються до теоретичних значень.

5. Для ЕА низької напруги: електромагнітних реле, запобіжників, автоматичних вимикачів, підтверджуються теоретичні припущення про переважний вплив потужності на габарити. Показник ступеня залежності потужності ЕА низької напруги від УЛР наближається до трьох. У ЕА високої напруги: розєднувачах, віддільниках і заземлювачах, на габарити, поряд з потужністю, впливає і напруга. Показник ступеня залежності напруги ЕА високої напруги від УЛР наближається до одиниці.

6. Теоретичні значення показників ступеневих залежностей підтверджуються експериментальними даними. У широкому діапазоні потужностей: від одиниць Вт до МВА, показник ступеня прохідної потужності від УЛР близький до теоретичного значення і відрізняється від нього не більше ніж на 7 %. Показник ступеня залежності напруги від УЛР для ЕА різних типів також близький до теоретичного значення, відрізняючись від нього не більше ніж на 9 %.

7. Розроблено техніко-економічний критерій раціонального вибору окремого ЕА і серії на підставі паспортних даних: габаритів і маси. Застосування критерію до вибору ЕА показує його ефективність для вибору окремих ЕА і їх серій, дозволяючи порівнювати техніко-економічний рівень розглянутих ЕА на підставі тільки паспортних даних: габаритів і маси.

ОСНОВНІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Загирняк М.В., Невзлин Б.И., Зайдан М. О целесообразности введения параметра “коэффициент потерь мощности” в теории и практике электрических аппаратов // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2003. - № 4. - С. 124-126.

2. Загирняк М.В., Невзлин Б.И., Кавакзех М.З., Дьяченко Ю.Ю. Взаимосвязь силы тяги электромагнита с обобщенным линейным размером // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - 2004. - № 1. - С. 26-27.

3. М.В. Загирняк, Б.И. Невзлин, М. Зайдан, Ю.Ю. Дьяченко. О зависимости энергетических параметров в электрических аппаратах от обобщенного линейного размера // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2004. - № 6. - С. 78-81.

4. Загирняк М.В., Невзлин Б.И., Кавакзех М.З., Дьяченко Ю.Ю., Турчин А.И. Критерий оптимальности электрического аппарата // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. - 2004. - № 2. - С. 65-68.

5. B. Nevzlin, M. Zagirnyak, M. Qawaqzeh About Dependence of Electromagnetic Power from a Linear Size of Rotated Electrical Machines // Sympozjum “Zastosowania Elektromagnetizmu w Nowoczesnych Technikach I Informatyce”, 2002, Warszawa-Biaіowieїa, Poland. - P. 62-63.

Особистий внесок у роботах, опублікованих у співавторстві: [1] - запропонував формули для розрахунку коефіцієнта втрат потужності; [2] - одержав остаточні вираження і проаналізував їх застосовність; [3] - одержав залежності щільності струму, сили тяги і потужності електромагніта від узагальненого лінійного розміру; [4] - розробив критерій раціонального вибору електричного апарата; [5] - провів теоретичні дослідження залежностей електромагнітних навантажень від узагальненого лінійного розміру.