Аннотация: Анализируются базовые параметры и методы контроля при очистке природных и техногенных сред от примесей. При этом значительное внимание уделяется фракционным параметрам контроля, в частности, касающимся очистки от фракции ферропримесей (преимущественно последствий износа и коррозии конструкционных сталей элементов оборудования), т.е. фракции, обладающей специфичными (ферро- и ферримагнитными) свойствами. Рассматриваются приборы для контроля содержания ферропримесей в природных и техногенных средах. Учебное пособие предназначено для студентов при изучении курса «Приборы для контроля параметров природных и техногенных объектов» направления подготовки 12.04.01 «Приборостроение» с учетом специфики профиля подготовки (квалификация (степень) «магистр»).

Аннотация: Для эффективного решения задач, связанных с применением устройств магнитного контроля и разделения материалов важное значение имеет знание ключевых параметров, а именно, характеристик индукции в рабочей зоне и удельной магнитной силы для различных магнитных элементов, применяемых в аппаратах магнитного контроля. В практикуме изложены подходы к определению этих параметров, что востребовано в промышленности при разработке устройств магнитного контроля и разделения материалов. Практикум предназначен для студентов при изучении курса «Магнитодиагностика неоднородных материалов» направления подготовки 12.04.01 «Приборостроение» с учетом специфики профиля подготовки (квалификация (степень) «магистр»).

Аннотация: В учебном пособии раскрываются вопросы, которые в имеющейся учебной литературе не освещены, либо отражены недостаточно полно, дается информация по нормированию и магнитоконтролю ферропримесей различных сред, а также магнитному захвату этих примесей. Приводятся данные контроля магнитной восприимчивости феррочастиц. Рассматриваются особенности создания и использования магнетометров Фарадея для получения информации по магнитной восприимчивости частиц. Учебное пособие предназначено для студентов при изучении курса «Магнитодиагностика неоднородных материалов» направления подготовки 12.04.01 «Приборостроение» с учетом специфики профиля подготовки (квалификация (степень) «магистр»).

Аннотация: Рассмотрена новая концепция построения системы контроля силовых электромагнитных устройств (СЭУ), основанная на использовании дополнительных высокочастотных электродинамических процессов в магнитопроводе СЭУ. Для реализации предлагаемого принципа СЭУ комплектуется блоком вибраторных С-антенн, охватывающих магнитопровод СЭУ и выполненных в виде разъемного пространственного конденсатора, на внешней поверхности несущего диэлектрического основания которого находятся многосекционные, пространственно распределенные обкладки, к которым подключен внешний источник низковольтного ВЧ-напряжения. При работе СЭУ в его магнитопроводе одновременно будут существовать два независимых электродинамических процесса: низкочастотный, определяемый рабочим током СЭУ, и высокочастотный, возбуждаемый С-антеннами. СЭУ при этом выступает в качестве электромагнитного датчика, регистрирующего необходимые параметры высокочастотных электродинамических процессов, которые определяются как состоянием магнитопровода СЭУ, так и текущим состоянием самой СЭУ На базе уравнений Максвелла и теоремы Умова-Пойнтинга получены математические модели, описывающие физические процессы, происходящие в рассматриваемой электромагнитной системе с учетом конструктивных особенностей СЭУ и блока вибраторных С-антенн. Предложен вариант схемотехнического решения предлагаемой системы контроля СЭУ, который позволяет регистрировать различные информативные параметры, непосредственно связанные с текущим состоянием СЭУ Предложенная концепция построения системы контроля и управления является универсальной, фактически не имеющей ограничения в применении к различным видам СЭУ и может найти широкое применение в соответствующих отраслях промышленности для контроля параметров электромагнитных муфт и тормозов, электромагнитных клапанов, линейных позиционеров, блокировочных устройств и т. п.

Аннотация: Физика магнитной проницаемости изложена во многих учебниках и монографиях. Все они в основном касаются исследований взаимодействия постоянных магнитных полей с ферромагнитными материалами. Однако на практике взаимодействие переменных полей с ферромагнитными материалами встречается не менее часто. Статья посвящена изучению свойств магнитных материалов в переменных полях. Исследовались цилиндрические образцы диаметром 8 и длиной 160 мм из различных, наиболее распространенных марок сталей. При исследовании намагничивания образцов цилиндрической формы в однородном поле образец намагничивается одновременно по всей длине, что исключает возможность изучения инерционных свойств магнитных материалов или магнитную вязкость. Поэтому была использована схема, предполагающая намагничивание образца в одном месте, а измерение магнитной проницаемости - в другом. В этом случае возникает необходимость измерений в неоднородном поле, при этом намагничивающий сигнал не действует непосредственно на измерительную катушку, а передается посредством прохождения некоторого пути вдоль исследуемого образца, сохраняя при этом необходимую информацию о материале. Для расчетов используется модель, в которой намагничивающие и измерительные катушки заменены витками. Решение прямой задачи предполагает, что задан сигнал намагничивающего витка, а найти требуется сигнал измерительного витка. Обратная задача заключается в определении составляющих магнитной проницаемости при известном сигнале измерительной катушки, который измеряется экспериментально. В результате решения обратной задачи определяются составляющие комплексной магнитной проницаемости. Приводится схема экспериментальной установки, позволяющей с использованием соответствующей компьютерной программы измерять комплексную магнитную проницаемость на выбранной частоте. Приведена зависимость составляющих магнитной проницаемости от частоты намагничивающего поля. Показано, что частотная зависимость магнитной проницаемости существенно изменяется с изменением химического состава материала образцов (марки сталей).

Аннотация: При описании электрических явлений области материала (кристаллы, домены в ферроэлектриках и ферромагнетиках) можно полагать равномерно заряженными по своим объемам, равномерно поляризованными и равномерно намагниченными. Формы областей материала могут быть произвольными, но приближенно их можно считать многогранниками. Рассмотрено определение поля равномерно поляризованного и равномерно намагниченного многогранников, а также равномерно заряженного многогранного тела. Получены выражения для поля и потенциала равномерно заряженной бесконечно тонкой многоугольной пластины; выражения содержат только элементарные функции. Рассмотрены следующие формы пластины: трапеция, прямоугольник, прямоугольный и косоугольный треугольники. Описаны свойства поля равномерно поляризованного и равномерно намагниченного тел произвольной формы. Рассмотрены равномерно поляризованные и равномерно намагниченные тела: прямая призма, многогранник с осью симметрии 3-го и более порядков, бесконечно длинное трапецеидальное тело, усеченный прямой круговой конус.

Аннотация: Предложена методика расчета параметров электромагнитного поля в тонких плоских металлических листах магнитопроводов, экранов и шин в импульсном режиме. Определены такие параметры как магнитная напряженность и плотность тока, тепловая и магнитная энергия, температура, магнитный поток и электрический ток, сопротивление и индуктивность, приемлемая толщина листов. Эти параметры определены с учетом физических свойств материалов и размеров листов, амплитуды, формы и длительности импульса магнитной напряженности на поверхности листов. Разработанная методика получена на основе решения уравнений электромагнитного поля операторным и частотным методами, а также при помощи интеграла Дюамеля. Полученные формулы могут быть применены, например, в среде Mathcad для инженерного расчета в импульсном режиме магнитопроводов, экранов и шин при их автоматизированном проектировании. Достоверность методики подтверждена совпадением магнитных напряженностей, полученных частотным методом и интегралом Дюамеля.

Аннотация: Случай падения на проводящее тело плоской электромагнитной волны, у которой векторы электрического и магнитного полей изменяются по синусоидальному закону, широко распространен в практике индукционного нагрева. В статье решена задача о распространении в проводящем полупространстве плоской электромагнитной волны несинусоидального периодического поля, создаваемой плоским индуктором. Решение получено в виде рядов Фурье в комплексной форме. Определены дифференциальные и интегральные характеристики системы "индуктор - проводящее полупространство" для различного значения постоянной времени индуктора. Сделано сравнение полученных результатов с электромагнитными характеристиками процесса распространения плоской электромагнитной волны синусоидального поля, полученные результаты проверены экспериментально.

Аннотация: Представлены результаты анализа последних достижений по созданию новых материалов с повышенной электропроводностью. Установлена возможность в ближайшем будущем применения в электромеханических преобразователях энергии обмоток из углеродного нановолокна, обладающего в диапазоне некриогенных температур электропроводностью в 1, 5 раза выше, чем у меди марки ММ. Исследования влияния электропроводности проводниковых материалов на параметры мини-турбогенераторов выполнены на основе численного эксперимента для различных магнитных, ферромагнитных и конструкционных материалов. Установлено, что для высокоскоростных мини-турбогенераторов значение удельной электропроводности проводникового материала не определяет выбор основных размеров мини-турбогенератора и оказывает незначительное влияние на КПД машины и превышения температуры обмотки. Применение материала с повышенной электропроводностью более эффективно для электромеханических преобразователей энергии при частоте 50 Гц, для которых появляется возможность существенного уменьшения расхода хладагента. Предложена методика оценки параметров мини-турбогенераторов по характеристикам проводниковых материалов, основанная на решении задачи линейного программирования.

Аннотация: Основная кривая намагничивания электротехнической стали обычно представляется в виде аппроксимации или задается в виде точек с применением какого-либо метода сглаживания. Уравнения основных кривых намагничивания электротехнической стали в настоящее время не выведены, что связано с трудностями физического представления процессов, происходящих в ферримагнитных материалах. В статье предпринята попытка математического описания намагничивания ферримагнитных материалов в физическом представлении доменов, создающих магнитное поле, с вращением вектора магнитной индукции. Предложены уравнения основных кривых намагничивания электротехнической стали, которые с достаточной совпадают со справочными данными.

Аннотация: Рассмотрены особенности применения метода разомкнутой цепи и перспективы создания технологического оборудования для контроля гистерезисных параметров постоянных магнитов из высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на образцах сложной формы в импульсном магнитном поле. Показаны преимущества метода разомкнутой магнитной цепи и проблемы, возникающие при разработке технологического оборудования. На основе анализа зарубежных и отечественных публикаций сделан вывод о перспективности направления. Приводятся сведения о конструктивных особенностях, характеристики разработанного оборудования для технологического контроля постоянных магнитов из магнитотвердых материалов.

Аннотация: В статье предлагаются подходы к моделированию физических процессов в МГД-устройстве на примере исследования и разработки МГД-вращателя. Представлены аналитическая математическая модель дуговой индукционной машины и численная модель МГД-процессов с применением метода сопряжения электромагнитной и гидродинамической задач с учетом двухфазной подвижной среды. Приведены результаты расчетов и анализа МГД-вращателя, физическое моделирование и верификация соответствующего устройства. С применением данных исследований выполнено проектирование и создание промышленной установки для переплавки мелких металлических отходов в газовой плавильной печи.

Аннотация: На базе метода разделения переменных Фурье получена двухмерная аналитическая модель беспазового вентильного двигателя с постоянными магнитами. В общую расчетную область модели входят как участки с постоянными магнитами, немагнитными зазорами, так и ферромагнитные ярма сердечников статора и ротора с их магнитными проницаемостями. Намагниченность магнитов считается заданной и выражается тригонометрическим рядом с известными коэффициентами. Магнитное поле обмотки статора представлено как потенциальной, так и дополнительной составляющими, учитывая вихревой характер поля в слое обмотки. Источником потенциального магнитного поля статора является бесконечно тонкий магнитный лист, расположенный на внутренней границе ярма статора. В качестве потенциала магнитного листа принимается МДС обмотки статора, представленная тригонометрическим рядом.

Аннотация: В фундаментальных монографиях [1-3] расчеты индуктивностей проводятся с помощью таблиц, графиков и приближенных формул в виде рядов с конечным числом членов, разложение ведется по различным параметрам малости. Во многих практических случаях, особенно при поисках оптимальной конструкции магнитных систем, требующих многократных вычислений индуктивности, эти методы оказываются неудобными. При современном развитии вычислительной техники целесообразно эти расчеты максимально формализовать и выполнять на компьютерах. В статье представлены формулы для расчета собственной индуктивности круговых катушек без магнитного сердечника, имеющих прямоугольное поперечное сечение и однородное распределение плотности тока по сечению. Расчет сводится к однократному интегрированию некоторой достаточно просто вычисляемой функции, которое легко может быть выполнено на любом персональном компьютере с помощью стандартных программ. Такой подход весьма близок к описанному в [4]. Однако формулы, приведенные в [4], поражают своей громоздкостью и к тому же страдают большим числом опечаток, что не позволяет непосредственно использовать их на практике.

Аннотация: Магнитное поле, создаваемое намагничивающим витком накладного вихретокового преобразователя, существенно неоднородно как в окружающем пространстве, так и в проводящем объекте исследования. По этой причине понятие глубины проникновения магнитного поля в проводящий объект, введенное для случая плоской электромагнитной волны, падающей отвесно на проводящее полупространство, нуждается в уточнении. В предлагаемой статье посредством компьютерного моделирования исследуются особенности проникновения магнитного поля витка с током накладного вихревого преобразователя в проводящее полупространство в широком диапазоне частот. Показано, что на малых частотах убывание магнитного поля с глубиной непосредственно под проводником намагничивающего витка и в стороне от него существенно различно. Только на достаточно высоких частотах классическая формула глубины проникновения выполняется независимо от радиальной координаты точки наблюдения. Не обнаружено зависимости глубины проникновения от радиуса витка накладного преобразователя. Моделирование выполнено в программе ELCUT, использующей метод конечных элементов.

Аннотация: Предложена реализация наиболее популярной среди моделей гистерезиса модели Джилса-Атертона, имеющей ряд преимуществ. Приведена методика оптимизации параметров гистерезисной модели, основанная на реальном кодированном генетическом алгоритме, состоящая из двух этапов. Первый включает предварительную оценку параметров модели и диапазона их изменения, второй - непосредственную реализацию генетического алгоритма. Критерий сближения основан на достижении заданного значения среднеквадратического отклонения и максимально допустимого количества поколений. Генетический алгоритм реализован с 50 индивидами. Каждый индивид связан с четырьмя переменными, соответствующими параметрам модели гистерезиса. Максимальное количество поколений установлено равным 50 и 100. Начальные вероятности кроссовера и мутации приняты равными 90 и 5%. Специфика предложенной реализации генетического алгоритма включает внутреннюю оптимизацию пятого параметра для каждого индивидуума популяции. Компьютерный код был разработан с использованием среды Delphi. Сравнение экспериментальных и полученных на моделях кривых показало их хорошее согласование. Методика с предварительной оценкой параметров и дальнейшим применением генетического алгоритма позволяет получить результаты с достаточной точностью, проста в реализации и имеет высокую скорость обработки данных.

Аннотация: Представлены результаты исследования параметров высокоскоростных мини-турбогенераторов в зависимости от характеристик применяемых материалов - высококоэрцитивных магнитов и ферромагнитных материалов сердечника статора. Численным экспериментом установлено, что объем магнитов вызывает заметное изменение потерь в меди и стали, КПД и общей массы генератора; за счет выбора характеристик электротехнической стали достигается снижение потерь на 50%. Преимущества 4-полюсной конструкции мини-турбогенератора реализуются только при применении аморфного или нанокристаллического сплава, что позволяет вдвое снизить массу машины и увеличить КПД на 2%. Предложена методика оценки параметров мини-турбогенераторов по характеристикам выбранных материалов, основанная на поиске оптимального решения задачи линейного программирования. Коэффициенты при переменных целевых функций установлены численным экспериментом. Погрешность оценки по предложенной методике не превышает 2%. Методика применима к размерному ряду мини-турбогенераторов.

Аннотация: Приведена аналитическая модель электромагнитного поля в зазоре между индуктором МГД перемешивателя и расплавом, учитывающая дискретное распределение токовой нагрузки индуктора и его конечную длину. Решение получено в виде рядов Фурье в комплексной форме. Определены дифференциальные и интегральные электромагнитные характеристики устройства и параметры схем замещения каждой фазы обмотки индуктора. На примерах расчета МГД перемешивателя с разной конфигурацией обмоток показаны асимметрия фаз, влияние продольного эффекта и дискретного распределения обмотки на электромагнитные мощность и силу. Эта информация необходима для определения геометрических и энергетических параметров индуктора и разработки полупроводникового источника питания МГД перемешивателя. Полученные результаты являются основой анализа электромагнитных процессов и методики проектирования МГД перемешивателей.