Design and analysis of a multiphysical model of a three-phase electromagnetic exciter of low-frequency oscillations with a four-circuit power module

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The creation of a reversible AC electric machine with rotary motion based on a four-circuit power module of an electromagnetic exciter of low-frequency mechanical oscillations, i.e., an electric machine of reciprocating (oscillatory) motion, represents a relevant research task. The research object includes a three-phase electromagnetic exciter of low-frequency mechanical oscillations, whose power module consists of four paired identical resonant circuits. The circuits include an inductor and a capacitor connected in series in the power supply circuit. The design of this electric machine was carried out using the COMSOL MULTIPHYSICS software environment. In order to convert the frequency of the supply voltage (50 Hz) in the input circuit to the low-frequency range of mechanical oscillations at the output of each power module, the parameters of the series-connected inductance of the coil and capacitor were adjusted to achieve voltage resonance. In order to generate an increased torque, the paired circuits of the power modules alternately acted on the anchor located in the center by analogy with electric machines of rotary motion. The animations depicting the processes of beating of the input high-frequency signals inside a slowly changing sinusoid of the traction force obtained as a result of computer simulation demonstrate the possibility of their smooth modulation in the low-frequency region at the output. The obtained data also demonstrate the possibility of creating a reversible rotary motion of the electromagnet anchor when changing the polarity (direction of movement of electric currents) of the corresponding pairs in the resonant circuits, performed taking into account the assumption of conditioned linearity of passive elements in the resonant circuits of the alternating current electric circuit and the linearization of the dependence of active parameters on passive ones. The following areas of application of electromagnetic exciters of low-frequency mechanical vibrations can be recommended: (1) in the motor mode of operation, as an actuator in technological processes of mixing and preparing liquid products to a homogeneous consistency; (2) in the generator mode, as a converter of energy from renewable sources into electrical energy.

About the authors

I. E. Tumanov

Al-Farabi Kazakh National University

Email: isa.tumani56@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9874-5788

References

  1. Нитусов Ю.Е. Об одной схеме электромагнитного вибратора // Электричество. 1956. № 5. С. 81–84.
  2. Туманов И.Е. Параметрический электромагнитный возбудитель низкочастотных механических колебаний для систем контроля, измерения и дозирования массы многофракционных жидких продуктов // Электротехника. 2013. № 8. С. 48–51. EDN: QIRCRJ.
  3. Туманов И.Е. Электромагнитный возбудитель низкочастотных механических колебаний. Вопросы теории, моделирования, разработки и прикладной значимости // Интеллектуальная электротехника. 2021. № 1. С. 83–92. https://doi.org/10.46960/2658-6754_2021_1_83. EDN: FKFEXX.
  4. Tumanov I.E., Orynbayev S.A., Baibutanov B., Kruglikov A., Kaceico P. Modeling of physical subsystem using an example of electromagnetic exciter of low-frequency oscillations // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 736. P. 97–102. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.736.97.
  5. Nurimbetov A., Bekbayev A., Orynbayev S., Baibutanov B., Tumanov I., Keikimanova M. Optimization of windmill’s layered composite blades to reduce aerodynamic noise and use in construction of “green” cities // International scientific Conference Urban civil Engineering and Municipal facilities (Spbucemf-2015): Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. Р. 273–287. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.162. EDN: UZYEBZ.
  6. Каржавов Б.Н. Апроксиматоры синусоидальных функций в электроприводах с управляемым моментом в исполнительных двигателях // Электричество. 2015. № 9. С. 39–47.
  7. Назаров А.И., Ибадуллаев М.И., Тилляходжаев М.М. Структурная схема электромагнитного вибровозбудителя с амплитудно-частотным управлением // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. 2016. № 3-4. С. 55–59.
  8. Афанасьев А.И., Закаменных Ю.Г. Анализ энергозатрат резонансных вибротранспорт ных машин // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2008. № 8. С. 107–109. EDN: KVXSWF.
  9. Нуралиев А.К., Есенбеков А.Ж., Ибадуллаев М.И. Математическая модель электромагнитного вибратора с источником питания на основе инвертора // Вестник Московского энергетического института. 2022. № 1. С. 94–97. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-1-94-97.
  10. Ибадуллаев М.И., Нуралиев А.К., Есенбеков А.Ж., Назаров А.И. Резонансный электромагнитный вибровозбудитель колебаний с обратной связью // Вестник Московского энергетического института. 2020. № 1. С. 62–66. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2020-1-62-66. EDN: GAVDKN.
  11. Туманов И.Е. Параметрический синтез механической характеристики электромагнитного возбудителя низкочастотных колебаний на основе методов аналитической геометрии и его мультифизическое моделирование // Главный механик. 2023. № 11. С. 642–647.
  12. Гаррис М., Лауренсон П., Стефенсон Дж. Системы относительных единиц в теории электрических машин / пер. с англ. В.Я. Беспалова. М.: Энергия, 1975. 120 с.
  13. Ибадуллаев М.И., Тилляходжаев М.М., Абдуллаев Д.А. Определение структурных схем ЭВМ с автоматической настройкой на резонанс // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. 2011. № 1-2. С. 136–140.
  14. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. Режим доступа: http://lib.ysu.am/open_books/37978.pdf (дата обращения: 30.09.2024).
  15. Красильников П.С., Байков А.Е., Чуркина Т.Е. Прикладные методы исследования нелинейных колебаний: монография. Ижевск: АНО «ИИКИ», 2015. 528 с. EDN: VEYXHP.
  16. Боголюбов Н.Н., Крылов Н.М. Собрание научных трудов. Т. 2: Математика и нелинейная механика. Нелинейная механика / отв. ред. А.Д. Суханов. М.: Наука, 2005. 828 c.
  17. Борисов А.В., Мамаев И.С. Динамика твердого тела: монография. Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2001. EDN: TLWBKL.
  18. Безгласный С.П. Управление движениями параметрического маятника // Известия Саратовского университета. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2015. Т. 15. № 1. С. 67–73. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2015-15-1-67-73. EDN: TMMCLN.
  19. Bardin B.S. On nonlinear motions of a Hamiltonian system in the case of external resonance // Reports on Mathematical Physics. 2002. Vol. 49. No. 2-3. P. 133–142. https://doi.org/10.1016/S0034-4877(02)80013-1. EDN: LHGJDD.
  20. Акуленко Л.Д., Нестеров С.В. Устойчивость равновесия маятника переменной длины ПММ // Прикладная математика и механика. 2009. Т. 73. № 6. С. 893–902. EDN: KXXQTX.
  21. Антипов В.И., Ефременков В.В., Руин А.А., Субботин К.Ю. Повышение эффективности работы вибрационных механизмов за счет возбуждения низкочастотного резонансного режима колебаний // Стекло и керамика. 2007. Т. 80. № 5. С. 13–16.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).