Электротехническая система преобразования энергии колебаний на основе совместной работы линейного генератора и магнитожидкостного демпфера
Ю.Б. Казаков, И.С. Егоров
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 1, сс. 67—74
Скачать PDF
Состояние вопроса. Линейные генераторы, применяемые, в том числе, как автономные источники электроэнергии и электромеханические амортизаторы, преобразуют энергию колебаний в электрическую энергию с линейным возвратно-поступательным движением индуктора. ЭДС генератора имеет несинусоидальную форму из-за высших пространственных и временных гармоник. Изменение скорости движения индуктора определяется характером воздействующих усилий, но при анализе обычно принимается гармоническим при синусоидальном распределении магнитной индукции. Снижение гармоник ЭДС возможно в электротехнической системе, содержащей линейный генератор и магнитожидкостный демпфер, за счет совершенствования конструкций на основе уточненного анализа.
Материалы и методы. Снижение пространственных гармоник ЭДС осуществлено путем совершенствования зубцовой зоны и обмотки якоря, применения магнитной жидкости, снижения временных гармоник за счет обеспечения электротехнической системой необходимого изменения линейной скорости индуктора. Анализ проведен в пакетах ANSYS Electronics Desktop, ANSYS MAXWELL и Elcut.
Результаты. Разработана электротехническая система преобразования энергии колебаний на основе линейного генератора и магнитожидкостного демпфера, описаны ее функции, особенности и режимы работы. Разработаны совмещенные конструкции устройства, трехфазная совмещенная обмотка с повышенной на 2 % ЭДС и сниженным на 20 % коэффициентом искажения синусоидальности. Предложены математические аналитическая и численная на основе конечно-элементного моделирования методики расчета характеристик.
Выводы. Разработанная электротехническая система позволяет эффективно перераспределять энергию колебаний между линейным генератором и магнитожидкостным демпфером, обеспечивает снижение высших гармоник в ЭДС. Применение управляемой магнитным полем магнитной жидкости позволяет регулировать силу сопротивления движению индуктора, осуществлять управляемую вязкостную диссипацию энергии в слоях жидкости, демпфирование колебаний, увеличивать магнитную проводимость зазора, повышать магнитный поток, снижать пульсации зубцовых гармоник магнитной индукции, повышать теплоотвод от магнитов и обмоток, обеспечивать эффективную смазку.
1. Хитерер М.Я., Овчинников И.Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения. – СПб.: Корона принт, 2013. – 357 с.
2. Линейные электрические машины возвратно-поступательного действия – области применения / В.Б. Баль, В.Я. Геча, В.И. Гончаров и др. // Вопросы электромеханики. – 2015. – Т. 149. – С. 3–17.
3. Соколова Е.М., Мощинский Ю.А., Шумов К.В. Линейный генератор с постоянными магнитами в схеме электрического амортизатора // Электротехнические системы и комплексы. – 2018. – № 2(39). – С. 70–74.
4. Математическое моделирование и определение параметров регулирования линейной электрической машины возвратно-поступательного действия / П.Г. Колпахчьян, В.Г. Щербаков, А.Е. Кочин, А.Р. Шайхиев // Электротехника. – 2017. – № 5. – С. 18–24.
5. Обзор технических решений и методов проектирования линейных электрических генераторов с постоянными магнитами / А.С. Крамаров, Д.В. Батищев, А.В. Павленко, И.В. Троценко // Изв. вузов. Электромеханика. – 2021. – Т. 64, № 6. – С. 36–51.
6. Randin D., Abakumov A., Goryachkin A. Research of a nonlinear vibration isolation system with a controlled magnetorheological damper // Lecture Notes in Mechanical Engineering. – 2022. – С. 773–783.
7. Accurate and fast estimation for field-dependent nonlinear damping force of meandering valvebased magnetorheological damper using extreme learning machine method / I. Bahiuddin, F. Imaduddin, S.A. Mazlan, et al. // Sensors Actuators A Phys. – 2021. – Vol. 318. – P. 112479.
8. Пат. на полезную модель 205731 U1. Магнитожидкостный электромеханический демпфер / С.А. Нестеров, И.С. Егоров, Н.А. Морозов; заяв. № 2021112961 от 04.05.2021; опубл. 30.07.2021.
9. Казаков Ю.Б., Егоров И.С., Нестеров С.А. Магнитожидкостный демпфер – линейный генератор // ХХI Всерос. с междунар. участием Плесская науч. конф. по нанодисперсным магнитным жидкостям: сб. науч. тр. – Иваново, 2024. – С. 198–204.
10. The Use of Combined Star–Triangle Windings in Three-Phase Electric Motors: a Refined Analysis / Y.B. Kazakov, D.S. Smirnov, M.A. Kiselev, et al. // Russian Electrical Engineering. – 2024. – Vol. 95, No. 3. – P. 165–174.
11. Линейный двигатель-маховик с магнитной смазкой / В.Я. Геча, А.Б. Захаренко, Н.А. Белокурова, А.К. Надкин // Электротехника. – 2018. – № 10. – C. 72–75.