CC BY
126
Электротехнические комплексы и системы
Список литературы
1. Лапшин И.П. Расчет и конструирование зерноочистительных машин [Текст] / И.П. Лапшин, Н.И. Косилов. - Курган : ГИПП «Зауралье», 2002. - 168 с.
2. Акчурин С.В. Математическая модель инерционного движения материала в установках с линейным электроприводом [Текст] / С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2013. -№ 1 (25). - С. 83-86.
3. Туктаров М.Ф. Электропривод решетного стана зерноочистительной машины на базе плоского линейного асинхронного электродвигателя: Автореферат дисс... канд. техн. наук [Текст] / М.Ф. Туктаров. - Челябинск, 2013. - 24 с.
4. Акчурин С.В. Анализ работы привода решетного стана экспериментальной зерноочистительной установки с использованием линейного электродвигателя [Текст] / С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 2 (18). - С. 97-101.
5. Патент № 2446669 Российская Федерация, МПК7 A01F12/44 Сепарирующая машина [Текст] / Р.С. Аипов, С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров; заявители и патентообладатели Р.С. Аипов, С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров. - № 2010150378/13; заявл. 07.12.2010; опубл. 10.04.2012.
- Бюл. № 10. - 7 с.
6. Аипов Р.С. Основы построения и теории линейных асинхронных приводов с упругими накопителями энергии: учебное пособие [Текст] / Р.С. Аипов. - Уфа: БГАУ, 2006. - 294 с.
References
1. Lapshin I.P. Raschet i konstruirovanie zernoochistitel'nyh mashin [Tekst] / I.P. Lapshin, N.I. Kosilov. - Kurgan : GIPP «Zaural'e», 2002. - 168 s.
2. Akchurin S.V, Linenko A.V., TuktarovM.F. Matematicheskaja model' inercionnogo dvizhenija materiala v ustanovkah s linejnym jelektroprivodom [Tekst]/ S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov // Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2013. - № 1(25). - S. 83-86.
3. Tuktarov M.F. Jelektroprivod reshetnogo stana zernoochistitel'noj mashiny na baze ploskogo linejnogo asinhronnogo jelektrodvigatelja: Avtoreferat diss.kand. tehn. nauk [Tekst] / M.F. Tuktarov. - Cheljabinsk, 2013. - 24 s.
4. Akchurin S.V, Linenko A.V., Tuktarov M.F. Analiz raboty privoda reshetnogo stana jeksperimental'noj zernoochistitel'noj ustanovki s ispol'zovaniem linejnogo jelektrodvigatelja [Tekst] /
S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov // Vestnik Ul'janovskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajstvennoj akademii. - 2012. - № 2 (18).
- S. 97-101.
5. Patent № 2446669 Rossijskaja Federacija, MPK7 A01F12/44 Separirujushhaja mashina [Tekst] / R.S. Aipov, S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov; zajaviteli i patentoobladateli R.S. Aipov, S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov. - № 2010150378/13; zajavl. 07.12.2010; opubl. 10.04.2012. - Bjul. № 10. - 7 s.
6. Aipov R.S. Osnovy postroenija i teorii linejnyh asinhronnyh privodov s uprugimi nakopiteljami jenergii: uchebnoe posobie [Tekst] / R.S. Aipov. - Ufa: BGAU, 2006. - 294 s.
Семина И.А.
Semina I.A.
старший преподаватель кафедры «Электрическая техника» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», Россия, г. Омск
УДК 621.313.2:537.6/8
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ОТКРЫТОГО ТИПА В КОМПЛЕКСЕ ПРОГРАММ ANSYS
Имитационное моделирование - это распространенная разновидность аналогового моделирования, реализуемого с помощью набора математических инструментальных средств, специальных имитирующих компьютерных программ и технологий программирования, позволяющих посредством процессов-аналогов провести целенаправленное исследование структуры и функций реального сложного процесса в памяти компьютера в режиме «имитации», выполнить оптимизацию некоторых его параметров.
Имитационной моделью называется специальный программный комплекс, который позволяет имитировать деятельность какого-либо сложного объекта. Он запускает в компьютере параллельные взаимодействующие вычислительные процессы, которые являются по своим временным параметрам (с точностью до масштабов времени и пространства) аналогами исследуемых процессов. Имитационная математиче-
32
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
ская модель - математическая модель, описывающая алгоритм функционирования исследуемой сложной системы как совокупности отдельных, относительно простых процессов и явлений в системе с указанием их последовательности, взаимосвязи, условий возникновения, протекания и окончания.
Имитационную модель нужно создавать. Для этого необходимо специальное программное обеспечение - система моделирования. Специфика такой системы определяется технологией работы, набором языковых средств, сервисных программ и приемов моделирования. Имитационная модель должна отражать большое число параметров, логику и закономерности поведения моделируемого объекта во времени (временная динамика) и в пространстве (пространственная динамика). Имитационное моделирование контролируемого процесса или управляемого объекта - это высокоуровневая информационная технология, которая обеспечивает два вида действий, выполняемых с помощью компьютера.
Наиболее современное программное обеспечение для исследования магнитных полей трехмерных моделей магнитных систем открытого типа - комплекс программ ANSYS. Комплекс программ ANSYS -это ведущее программное обеспечение для моделирования электромагнитных полей, используемое для проектирования и исследования двумерных и трехмерных моделей, типов двигателей, датчиков, трансформаторов и других электрических и электромеханических устройств различного применения, базируется на методе конечных элементов и численно рассчитывает статические, гармонические электромагнитные и электрические поля, а также переходные процессы в полевых задачах [1].
Ключевые слова: имитационная моделирование, имитационная модель, система моделирования, ANSYS, краевая задача, магнитные системы открытого типа, математические модели, магнитное поле, магнитная индукция, уравнение Лапласа - Пуансона.
SIMULATION OF THREE-DIMENSIONAL MODEL OF MAGNETIC OPEN
IN COMPLEX PROGRAM ANSYS
Simulation modeling is a common type of analog simulation, implemented through a set of mathematical tools that simulate special computer programs and software technologies that enable processes by peers spend purposeful study of the structure and functions of a real complicated process in the computer memory in the "imitation", perform an optimization some of its parameters.
Simulation model is called a special program which allows you to simulate the activity of a complex object. He launches into a parallel computer interacting computational processes that are in their time parameters (up to a time scale and space nor) analogs investigated processes simulation mathematical model - a mathematical model describing the operation algorithm of the study of a complex system as a set of separate, relatively simple processes and phenomena in the system with their sequence relationship, conditions of occurrence, course and closure.
Need to create a simulation model. This requires specially software - system modeling. The specifics of such a system is determined by technology, a set of language tools, service programs and techniques of modeling. Simulation model should reflect the large number of parameters, and the logic of the behavior of the simulated object in time (temporal dynamics) and space (spatial dynamics). Simulation modeling of the process being controlled or managed object - a high-level information technology, which provides two types of actions to be performed using computer.
The most advanced software for the study of magnetic fields of three-dimensional models of magnetic systems open - a set of programs ANSYS. Complex programs ANSYS - is the leading software for simulation of electromagnetic fields used for the design and study of two-dimensional and three-dimensional models, engine types, sensors, transformers and other electrical and electromechanical devices for various applications, based on the finite element method and numerically calculates the static, harmonic electromagnetic and electric fields, as well as transients in field problems.
Key words: simulation, simulation model, system simulation, ANSYS, boundary value problem, magnetic system open, mathematical models, the magnetic field, the magnetic induction, equation Laplace - Poisson.
В настоящее время магнитные системы с незамкнутым магнитопроводом, в частности магнитные системы открытого типа, используются как многополюсные системы магнитных сепараторов барабанного типа, в качестве магнитных ловителей для удаления из нефтедобывающих скважин посторонних ферро-
магнитных предметов и деталей, а также в медицине в качестве концентраторов магнитной энергии [2].
Наиболее современное программное обеспечение для исследования магнитных полей трехмерных моделей магнитных систем открытого типа - комплекс программ ANSYS. Комплекс программ
Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 10, 2014
33
Электротехнические комплексы и системы
ANSYS - это ведущее программное обеспечение для моделирования электромагнитных полей, используемое для проектирования и исследования двумерных и трехмерных моделей, типов двигателей, датчиков, трансформаторов и других электрических и электромеханических устройств различного применения, базируется на методе конечных элементов (Finite Element Method - FEM) и численно рассчитывает статические, гармонические электромагнитные и электрические поля, а также переходные процессы в полевых задачах [2].
Внешний вид и эскиз магнитной системы открытого типа представлены на рисунке 1. При моделировании магнитных систем открытого типа приняты основные допущения:
- относительная магнитная проницаемость стали является величиной постоянной;
- с учетом геометрии магнитной системы поле считается трехмерным;
- плотность тока в сечении обмотки распределяется равномерно.
Геометрия исследуемой модели построена в программе SolidWorks.
Исходные уравнения магнитостатического поля: rot Н = J, (1)
div В = 0_,_ (2)
_ В = цц0 Н, _(3)
где H - вектор напряженности магнитного поля, B -вектор магнитной индукции, J - вектор плотности тока, ц - относительная магнитная проницаемость материала, ц0 - магнитная постоянная [1, 5, 6].
Для линейных и изотропных сред (ц = const) уравнения (1)-(3) с учетом выражений rot A = B и div A = 0 преобразуются к уравнению Лапласа - Пуассона относительно магнитного векторного потенциала A:
-V2A = -hqJ. (4)
И
В трехмерной системе координат (xyz) магнитное поле имеет три составляющих вектора магнитного потенциала А = Ах, А = Ау, А = Az [1, 2], и уравнение (4) примет вид:
-V2A x=~M0Jx. (5)
М
1 9
—V2 A =-fj0J (6)
ju у у
-V2Az=-ju0Jz. (7)
М
Модель дополняется нулевыми граничными условиями [2, 3].
Решение системы уравнений (5)-(7) получено с помощью пакета в комплексе программ ANSYS 10.0. В ходе решения построены: картина магнитного поля магнитной системы открытого типа, график составляющей магнитной индукции трехмерной модели в зависимости от расстояния до насадки [2, 4].
Картина магнитного поля магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой, а также распределение модуля вектора магнитной индукции в пакете ANSYS [2, 4] приведены на рисунках 2 и 3.
Для подтверждения правильности постановки краевой задачи для магнитной системы открытого типа и решения ее в комплексе программ ANSYS (профессиональная версия) проведен натурный эксперимент на экспериментальном стенде, приведенном на рисунке 4, c помощью тесламетра типа ЭМ 4305 (класс точности 2,5), приведенном на рисунке 5. По результатам эксперимента построен график составляющей индукции магнитного поля магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой, приведенный на рисунке 3.
Анализ результатов расчета и эксперимента магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой позволяет сделать следующие выводы:
1) ножевидная насадка переменного поперечного сечения позволяет существенно усилить магнитное поле на значительном удалении от обмотки возбуждения, то есть является концентратором магнитной энергии в заданной области;
2) по результатам имитационного моделирования в ANSYS трехмерной модели магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой значение магнитной индукции B = 1,6 мТл, по результатам натурного эксперимента, проведенного на экспериментальном стенде с помощью тесла-метра ЭМ 4305, значение магнитной индукции В = 1,5 мТл. Эксперимент подтвердил правильность постановки задачи и решения в комплексе программ ANSYS (профессиональная версия).
Пакет ANSYS позволяет моделировать и получать решения трехмерных задач для магнитных систем открытого типа, что невозможно с помощью комплекса программ Elcut 5.6 (профессиональная версия).
Список литературы
1. Андреева Е.Г. Конечно-элементный анализ стационарных магнитных полей с помощью программного пакета ANSYS: учеб. пособие / Е.Г. Андреева, С.П. Шамец, Д.В. Колмогоров. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. - 92 с.
34
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
Рис. 1. Внешний вид (а) и эскиз (б) магнитной системы открытого типа:
1 - насадка, 2 - обмотка, 3 - магнитопровод
B[teslaJ 2.77586*000 2. 6024e+000 2. 4290e+006 2. 2556e+000 2.0822e+000 1.9033e+000 , 1.7354e+000 J 1.5620e*000 Щ 1.3886e+000 Щ 1.2152e+00C Щ 1.0418e+000 1 8.68406-001 8.95006-001 5.2160e-001 3. 48206-001 1,74816-001 1.4099e-003 l
\
\
'
\ \
V X
— > \
\ Л
\ \
- V T
fj j
!
!
Рис. 2. Картина магнитного поля магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой
Рис. 3. Графики составляющих индукции магнитного поля магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой: 1 - численный расчет; 2 - натурный эксперимент
Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 10, 2014
35
Электротехнические комплексы и системы
’l
Рис. 4. Экспериментальный стенд Рис. 5. Миллитесламетр ЭМ 4305
2. Ковалев Ю.З. Расчет электротехнических устройств с использованием программного пакета ANSYS : учеб. пособие / Ю.З. Ковалев, Е.Г Андреева, А.А. Татевосян, Д.В. Колмогоров, И.А. Семина. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. - 84 с.
3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле / Л.А. Бессонов. -М.: Высш. школа, 2001. - 231 с.
4. Бинс К. Анализ и расчет электрических и магнитных полей / К. Бинс, П. Лауренсон; пер. с англ. - М.: Энергия, 1970. - 376 с.
5. Assous F. Theoretical tools to solve the axisymmetric Maxwell equations [Text] / F. Assous, C. (Jr.) Ciarlet, S. Labrunie // Math. Meth. Appl. Sci. - 25 (2002). - Р 49-78.
6. Finite element methods for Maxwell equations. Encyclopedia of Computational Mechanics [Text] / eds. E.
Stein, R. de Borst, TJ.R. Hughes. - Wiley and Sons, 2004.
References
1. Andreeva E.G. Konechno-jelementnyj analiz stacionarnyh magnitnyh polej s pomoshh'ju programmnogo paketa ANSYS : ucheb. posobie / E.G. Andreeva, S.P. Shamec, D.V. Kolmogorov. -Omsk: Izd-vo OmGTU, 2002. - 92 s.
2. Kovalev Yu.Z. Raschet jelektrotehnicheskih ustrojstv s ispol'zovaniem programmnogo paketa ANSYS : ucheb. posobie / Yu.Z. Kovalev, E.G. Andreeva, A.A. Tatevosjan, D.V. Kolmogorov, I.A. Semina. - Omsk: Izd-vo OmGTU, 2013. - 84 s.
3. Bessonov L.A. Teoreticheskie osnovy jelektrotehniki: Jelektromagnitnoe pole / L.A. Bessonov. - M.: Vyssh. shkola, 2001. - 231 s.
4. Bins K. Analiz i raschet jelektricheskih i magnitnyh polej / K. Bins, P. Laurenson; per. s angl. - M.: Jenergija, 1970. - 376 s.
5. Assous F. Theoretical tools to solve the axisymmetric Maxwell equations [Text] / F. Assous, C. (Jr.) Ciarlet, S Labrunie // Math. Meth. Appl. Sci. - 25 (2002). - Р. 49-78.
6. Finite element methods for Maxwell equations. Encyclopedia of Computational Mechanics [Text] / eds. E. Stein, R. de Borst, TJ.R. Hughes. - Wiley and Sons, 2004.
Кушнир В.Г.
Kushnir V.G.
доктор технических наук, профессор,
заведующая кафедрой «Машины, тракторы и автомобили» Костанайского государственного университета имени А. Байтурсынова,
Республика Казахстан, г. Костанай
УДК 539.21
ПОЛУЧЕНИЕ НОВОГО КЛАССА СТЕКЛООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Представляется уместным обратиться к свойствам стеклообразных материалов. Например, обыкновенного технического стекла, которое состоит из окиси кремния, и в нем присутствуют натрий, кальций, а возможно, и литий. При комнатной температуре это хороший диэлектрик. Но стоит стекло нагреть до определенной температуры, как оно начинает проявлять свойства суперионного проводника (электролита). Разделение же зарядов можно осуществить в устройстве, аналогичном автомобильному аккумулятору, путем пропускания через электроды и электролит электрического тока. Однако в данном случае речь не идет о самостоятельном процессе. В расплаве, проявляющем свойства электролита, имеют место две составные части: сетка стекла, являющаяся относительно неподвижной его основой; вторая часть структурного соединения активная и под-
36
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 10, 2014
