CC BY
20
Електричнi машини та апарати
УДК 621.313:536.2.24:539.2 ^к 10.20998/2074-272Х.2018.5.03
В.Ф. Болюх, Ю.В. Кашанский, А.И. Кочерга, И.С. Щукин
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНДУКЦИОННОГО ТИПА С ДВОЙНЫМ ЯКОРЕМ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА 88Б НАКОПИТЕЛЕ
За допомогою математичноЧмодем, яка враховуе взаемопов'язаж електричнц магттн1, теплов1 та механ1чш процеси дослгджено вплив геометричних параметр1в на електродинамчш характеристики та показники лшшного ¡мпульсно-го електромехан1чного перетворювача (Л1ЕП) Ыдукцшного типу з подвшним якорем, який охоплюе ндуктор з проти-лежних сторн При акаальному в1ддалент задньоТ частини якоря в1д ндуктора максимальн щтьност1 струм1в в шдуктор1 зменшуються, в переднш частит якоря збтьшуються, а в задтй частит якоря зменшуються. Максимальна величина та ¡мпульс електродинам1чних зусиль (ЕДЗ) м1ж частинами якоря зменшуються. При зб/льшенн числа виттв ндуктора та зменшенн товщини м1дноТ шини в1дбуваеться тдвищення ус1х основних показникв Л1ЕП. При зб/льшенн1 числа витки ндуктора в1д 26 до 56 максимальна величина ЕДЗ, що д1е м1ж частинами якоря, тдвищуеть-ся практично у 3 рази, а величина шпульсу ЕДЗ - в 3,3 рази. При зб/льшенн ширини м1дноТ шини ндуктора в1дбува-еться зниження основних показнитв Л1ЕП. При зб/льшенн ширини ндуктора вд 10 мм до 20 мм максимальна величина ЕДЗ м1ж частинами якоря знижуеться у 1,3 рази, а величина ¡мпульсу ЕДЗ знижуеться в 1,2 рази. На основ1 виконаних дослгджень був розроблений та експериментально випробуваний зразок Л1ЕП шдукцшного типу з подвшним якорем, що призначений для знешкодження шформацп, якарозмщена на SSD накопичувачь Бiбл. 14, рис. 9. Ключовi слова: лшшний iмпульсний електромехашчний перетворювач шдукцшного типу, подвшний яюр, електро-динамiчнi процеси, цифровий накопичувач, експериментальний зразок.
При помощи математической модели, учитывающей взаимосвязанные электрические, магнитные, тепловые и механические процессы исследовано влияние геометрических параметров на электродинамические характеристики и показатели линейного импульсного электромеханического преобразователя (ЛИЭП) индукционного типа с двойным якорем, охватывающим индуктор с противоположных сторон. При аксиальном удалении задней части якоря от индуктора максимальные плотности токов в индукторе уменьшается, в передней части якоря увеличивается, а в задней части якоря уменьшается. Максимальная величина и импульс электродинамических усилий (ЭДУ) между частями якоря уменьшаются. При увеличении числа витков индуктора и уменьшении толщины медной шины происходит увеличение всех основных показателей ЛИЭП. При увеличении числа витков индуктора от 26 до 56 максимальная величина ЭДУ, действующая между частями якоря, возрастает практически в 3 раза, а величина импульса ЭДУ в 3,3 раза. При увеличении ширины медной шины и ширины индуктора происходит уменьшение основных показателей ЛИЭП. При увеличении ширины индуктора от 10 мм до 20 мм максимальная величина ЭДУ между частями якоря уменьшается в 1,3 раза, а величина импульса ЭДУ уменьшается в 1,2 раза. На основании проведенных исследований был разработан и экспериментально испытан образец ЛИЭП индукционного типа с двойным якорем, предназначенный для уничтожения информации, размещенной на цифровом SSD накопителе. Библ. 14, рис. 9.
Ключевые слова: линейный импульсный электромеханический преобразователь индукционного типа, двойной якорь, электродинамические процессы, цифровой накопитель, экспериментальный образец.
Введение. Линейные импульсные электромеханические преобразователи (ЛИЭП) индукционного типа широко применяются для создания ударно-механических импульсов [1-4]. Такие преобразователи используются во многих отраслях науки и техники в качестве ударно-силовых устройств. В строительстве применяются электромагнитные молоты и перфораторы; в горной промышленности - бутобои и вибраторы; в геологоразведке вибросейсмоисточники; в машиностроении - молоты с большим диапазоном энергии удара и устройства для электродинамической обработки сварных соединений; в химической и медико-биологической промышленности - вибросмесители, дозаторы и др. ЛИЭП применяются в испытательных комплексах для проверки ответственной аппаратуры на ударные нагрузки, в магнитно-импульсных устройствах для прессования порошков керамики, очистки емкостей от налипания сыпучих материалов [4-6]. Одним из перспективных направлений является применение ЛИЭП для уничтожения информации на цифровых носителях при несанкционированном доступе [7]. Такие ЛИЭП должны обла-
дать высоким быстродействием и коротким рабочим циклом, ограниченными массогабаритными показателями, автономностью и развивать высокие ударно-механические нагрузки. Задача приобретает повышенную сложность при уничтожении информации, распределенной по поверхности плоского твердотельного 88Б накопителя [8].
Наиболее перспективным для решения данной задачи является ЛИЭП индукционного типа, в котором электропроводящий якорь электродинамически взаимодействует с неподвижным индуктором [4, 9, 10]. При возбуждении многовиткового индуктора от емкостного накопителя энергии (ЕНЭ) в электропроводящем якоре индуцируются вихревые токи. Вследствие этого на якорь действуют электродинамические усилия (ЭДУ) отталкивания, вызывающие его аксиальное перемещение вместе с ударным исполнительным элементом (бойком) относительно индуктора.
Однако при быстром изменении электромагнитных, механических и тепловых параметров силовые показатели ЛИЭП индукционного типа традиционной
© В.Ф. Болюх, Ю.В. Кашанский, А.И. Кочерга, И.С. Щукин
конструкции недостаточно высоки [4]. Одним из путей повышения указанных показателей является разработка новых конструкций ЛИЭП. Поскольку в традиционной конструкции ЛИЭП с якорем индукцион-но взаимодействует только одна сторона индуктора, то значительная часть магнитного поля с противоположной стороны индуктора рассеивается в окружающее пространство, негативно влияя на близко расположенные электронные и биологические объекты, и не используется для создания дополнительных ЭДУ.
Рассмотрим конструкцию ЛИЭП коаксиальной конфигурации, содержащую неподвижный индуктор 1 и двойной якорь, охватывающий индуктор с противоположных сторон [8] (рис. 1).
Передняя часть якоря (ПЧЯ) 2 и задняя часть якоря (ЗЧЯ) 3 выполнены в виде коаксиально установленных дисков, охватывающих индуктор с противоположных сторон. К ПЧЯ 2 присоединен боек 4, направленный в сторону объекта воздействия 5. ЗЧЯ 3 и объект воздействия 5 по наружной поверхности охвачены фиксирующими скобами 6. Заметим, что роль одной из частей указанного якоря может играть наружный электропроводящий экран [11].
Математическая модель. Рассмотрим математическую модель, которая описывает электромеханические процессы ЛИЭП с использованием сосредоточенных параметров активных элементов - индуктора, и подвижных частей двойного якоря. Электрические процессы можно описать системой уравнений:
/1^1(71)+11 +с |+ X М (2) +\; (1)
п=2,3
сг
С | ^ -0
(2)
&
л
Л/т
1пКп(Тп) + Ьп-П + Мы(2)-1 + М„т(2)-Лт + /е + = 0 ;(3) аХ л Л
где р = 1, 2, 3 - индексы индуктора, ПЧЯ и ЗЧЯ соответственно; т = 5-п; п = 2, 3; е1 = ^12(г) + у13(г))
СМ-
23
,сМу
е3 = г12(0-—; Яр(Тр), Ьр, /р, Тр - со-
, \ см13 е2 = ^(О^т1
противление, индуктивность, ток и температура р-ого активного элемента соответственно; М12(2), М^ф, М23(2) - взаимоиндуктивности между соответствующими р-ми активными элементами; У13(/), У12(/) - противоположно направленные скорости ЗЧЯ и ПЧЯ относительно индуктора вдоль оси 2 соответственно.
Решение уравнений (1) - (3) для токов в активных элементах представлено в работе [12].
Электродинамические процессы можно описать системой уравнений:
/1/
М
1 п"
1п
Рис. 1. ЛИЭП с двойным якорем: 1 - индуктор; 2 - ПЧЯ; 3 - ЗЧЯ; 4 - боек;
5 - объект воздействия; 6 - фиксирующие скобы
При поступлении сигнала на тиристор происходит возбуждение током неподвижного индуктора от ЕНЭ С и за счет возникающего магнитного поля в каждой из частей двойного якоря индуцируются вихревые токи. Вследствие этого на обе части двойного якоря со стороны индуктора действуют противоположно направленные ЭДУ отталкивания, что приводит к суммарному силовому воздействию бойка на объект воздействия. За счет использования диода ¥Б возбуждение индуктора осуществляется разнополяр-ным импульсом, при котором реализуется колебательно-затухающий характер изменения тока.
Однако при этом возникает вопрос о влиянии параметров индуктора и расположения частей двойного якоря на силовые показатели ЛИЭП.
Целью статьи является определение путей повышения силовых показателей линейного импульсного электромеханического преобразователя индукционного типа с двойным якорем, предназначенного для уничтожения информации в плоском твердотельном 88Б накопителе.
+ К + те)^ + КтУ1п (,) + а2 С( , (4)
+ 0,125я7оДг£>|тахУ12п (/) + Кр Д^ (/),
где Дг13(0, Дг12(/) - противоположно направленные перемещения ЗЧЯ и ПЧЯ относительно индуктора вдоль оси 2; т2, т3, те - масса ПЧЯ, ЗЧЯ и бойка соответственно; КТ - коэффициент динамического трения; уа - плотность среды перемещения; Да - коэффициент аэродинамического сопротивления среды; Бех т - максимальный диаметр якоря; Кр - коэффициент жесткости объекта воздействия.
Перемещения ЗЧЯ и ПЧЯ относительно индуктора можно представить в виде рекуррентных соотношений:
.2
Д21п ((к+1) = Д21п ((к ) + ((к ) Д +
Д
2(тп + те )
ш)
М
1п
Л2
- '2(% )
ЛМт Л2
\п ((к ) - КТ^п ((к ) - (5)
- 0,125 -Ж- РаУа^ех п^п «к Ь Кр Д2Ы «к )
Методика расчета взаимосвязанных электрических, магнитных, тепловых и электродинамических процессов при учете различных нелинейных зависимостей описана в работе [12].
В качестве показателей ЛИЭП с двойным якорем будем использовать:
• амплитуду аксиального ЭДУ /г23т, действующего на фиксирующие скобы от противоположно направленных сил на переднюю и заднюю части двойного
х
якоря fz23m = fz2m - fz3m, ГДе fz2m, fz3m - аМПЛИТуДЫ ЭДУ,
действующие на ПЧЯ и ЗЧЯ соответственно;
• величину импульса ЭДУ FZ23m = FZ2m - Fz3m, действующую на фиксирующие скобы от противоположно направленных сил на переднюю и заднюю части двойного якоря, где Fz2m, Fz3m - амплитуды ЭДУ, действующие на ПЧЯ и ЗЧЯ соответственно; импульс
Fz =J fz (t)dt;
• максимальные значения плотностей токов в индукторе jlm, ПЧЯj2m, и ЗЧЯ73,я;
• превышения температур индуктора в1 = T1 - T0, ПЧЯ 02 = T2 - To, и ЗЧЯ вз = Тз - То, где Tb T2 T3 -температура индуктора, ПЧЯ и ЗЧЯ соответственно; T0 - температура окружающей среды.
Основные параметры ЛИЭП. Рассмотрим ЛИЭП коаксиальной конфигурации, у которого обе части двойного якоря одинаковы и выполнены в форме плоского диска из технической меди, одна из сторон которого обращена к индуктору.
ЛИЭП имеет следующие исходные параметры:
Индуктор: внешний диаметр Dex1=100 мм, внутренний диаметр Din1=10 мм, высота И1 = 10 мм, сечение медной шины a*b=1,8x4,8 мм2, количество витков шины N1= 46 шт. Индуктор выполнен в виде двухслойной обмотки с внешними электрическими выводами.
Части якоря: внешний диаметр Dex23=100 мм, внутренний диаметр Din2 3=10 мм, высота И23=3 мм.
ЕНЭ: емкость С=500 мкФ, напряжение U0=1 кВ.
Боек имеет массу me=0,45 кг; коэффициент жесткости объекта воздействия KP =3-107 Н/м. Такая жесткость характерна для объекта воздействия типа, цифрового SSD накопителя при воздействии на него заостренного бойка.
Рассмотрим схему возбуждения, которая обеспечивает колебательно-затухающий характер изменения тока возбуждения индуктора, при котором реализуются наиболее высокие электродинамические показатели ЛИЭП (рис. 1) [13].
Электродинамические характеристики и показатели ЛИЭП с двойным якорем. Рассмотрим влияние геометрических параметров на электромеханические процессы ЛИЭП индукционного типа с двойным якорем. На рис. 2 представлены плотности токов в индукторе j1 и в обеих частях якоря j2=j3, величина fz23 и импульс Fz23 ЭДУ, действующие между передней и задней частями двойного якоря для ЛИЭП с исходными параметрами.
В данном ЛИЭП токи в индукторе и якоре изменяются по колебательно-затухающему закону практически в противофазе. Максимальная величина плотности тока в индукторе составляет j1m=215,8 А/мм2, а в каждой из одинаковых частей двойного якоря -j2m= j3m=299,7 А/мм2. ЭДУ имеют форму затухающих полярных импульсов, частота следования которых практически в 2 раза выше частоты колебания тока индуктора. Максимальная величина ЭДУ, действующих в противоположные стороны на переднюю и заднюю части двойного якоря, составляет f23m=11,99 кН. А величина импульса ЭДУ между частями двойного якоря составляет Fz23=4,59 Н-с. К концу действия
токовых импульсов превышение температуры индуктора составляет 01=0,4 °С, а превышения температур частей якоря - 02 = в3 = 0,17 °С.
0 0,25 0,5 0,75 1,0 t, мс
Рис. 2. Электродинамические характеристики ЛИЭП с исходными параметрами
При аксиальном удалении ЗЧЯ от индуктора на расстояние Дг13=6 мм наблюдаются следующие изменения (рис. 3). Ток в ПЧЯ к концу первого полупериода несколько опережает ток индуктора, в то время как ток в ЗЧЯ находится с ним практически в проти-вофазе. По сравнению с ЛИЭП с исходными параметрами в данном случае максимальная плотность тока в индукторе _/'1т уменьшается в 1,06 раз, в ПЧЯ '2т -увеличивается в 1,05 раз, а в ЗЧЯ'3т - уменьшается в 1,92 раза. В результате этого максимальная величина ЭДУ, действующая на ПЧЯ /2т увеличивается в 1,07 раз, на ЗЧЯ/3т - уменьшается в 4,55 раз, что приводит к уменьшению суммарных усилий/23т в 1,55 раз.
У , А/мм2; Т , кН;
400
300
200
100
0 ■100 -200 -300 -400
40 /г23 1 ПО F<rir>
-—
/ Л
/
■ь. LO
/
0
0,25 0,5 0,75 1,0 ¿,мс Рис. 3. Электродинамические характеристики ЛИЭП, у которого ЗЧЯ удалена на расстояние Д713=6 мм от индуктора
Импульс ЭДУ, действующий на ПЧЯ, Д2 увеличивается в 1,05 раз, на ЗЧЯ Д3 - уменьшается в 4,73 раз, что приводит к уменьшению суммарного импульса ЭДУ между частями якоря Д23 в 1,58 раз.
Для данного ЛИЭП превышение температуры индуктора в\ уменьшается в 1,33 раза, ПЯЧ в2 - увеличивается в 1,075 раз, а ЗЧЯ в3 - уменьшается в 4 раза.
На рис. 4 представлены зависимости электродинамических показателей ЛИЭП с двойным якорем при удалении ЗЧЯ от индуктора. При удалении ЗЧЯ от индуктора на расстояние 8 мм максимальные плотность в индукторе снижается в 1,07 раз, в ПЧЯ - увеличивается в 1,1 раз, в ЗЧЯ - уменьшается в 2,91 раз.
ЭДУ Д23 - в 3,3 раза. Однако при этом происходит увеличение превышений температуры индуктора в1 в 2,82 раза, а обеих частей якоря в2 = в3 - в 3,37 раза к концу рабочего цикла.
1 2 3 4 5 6 Дг13,мм 8
Рис. 4. Зависимость электродинамических показателей ЛИЭП от расстояния Д213 между индуктором и ЗЧЯ
Максимальная величина ЭДУ, действующих на ПЧЯ/2т, увеличивается в 1,17 раз, на ЗЧЯ/3т - уменьшается в 13,12 раз, что приводит к уменьшению суммарных усилий /23т в 1,62 раза. Импульс ЭДУ, действующих на ПЧЯ, ^г2 увеличивается в 1,14 раз, на ЗЧЯ ^г3 - уменьшается в 12,1 раз, что приводит к уменьшению суммарного импульса ЭДУ Д23 в 1,64 раз.
При этом превышение температуры индуктора в1 уменьшается в 1,16 раза, ПЯЧ в2 - увеличивается в 1,18 раз, а ЗЧЯ в3 - уменьшается в 6,63 раза.
Рассмотрим влияние геометрических параметров индуктора на показатели ЛИЭП с двойным якорем. Одним из таких показателей является толщина медной шины Ь, влияющая на число витков индуктора N. Если шина имеет сечение а*Ь=6,8*2,6 мм2, то индуктор имеет N1=26 витков. Если шина имеет сечение а*Ь=6,8*1,4 мм2, то индуктор имеет N1=56 витков. При увеличении числа витков индуктора а значит при уменьшении толщины медной шины Ь, происходит увеличение всех основных показателей ЛИЭП (рис. 5) При увеличении числа витков индуктора от 26 до 56 максимальная плотность тока в индукторе }1т возрастает в 1,5 раз, а в обеих частях якоря }2т= у3т - в 1,73 раза.
Это приводит к тому, что максимальная величина ЭДУ, действующая между частями якоря /23т, возрастает практически в 3 раза, а величина импульса
А^шт 56
Рис. 5. Зависимость электродинамических и тепловых показателей ЛИЭП от числа витков индуктора N1
При увеличении ширины медной шины, а значит и ширины индуктора, происходит уменьшение основных показателей ЛИЭП (рис. 6). При увеличении ширины медной шины а от 4,8 мм до 9,8 мм, а значит и ширины индуктора Н1 от 10 мм до 20 мм, можно отметить следующие закономерности. Максимальная плотность тока в индукторе }1т уменьшается значительно (более чем 2 раза), а максимальные плотности токов в обеих частях якоря ]2т= ]3т снижаются незначительно (в 1,1 раз). Максимальная величина ЭДУ /23т между частями якоря уменьшается в 1,3 раза, а величина импульса ЭДУ Д23 уменьшается в 1,2 раза. При этом превышения температур индуктора в1 уменьшаются значительно (практически в 4 раза), а превышения температур якоря в2 = в3 уменьшаются незначительно (в 1,1 раз).
0,5-
Рис. 6. Зависимость электродинамических и тепловых показателей ЛИЭП от ширины индуктора И1
Конструкция и образец ЛИЭП для уничтожения информации на 88Б накопителе. На основании проведенных исследований разработана конструкция ЛИЭП, предназначенного для уничтожения информации, размещенной на твердотельном цифровом 88Б накопителе с распределенной по поверхности памятью [8].
Устройство содержит индуктор 1 в виде двух обмоток 1а и 1б с внешними электрическими выводами 2, между которыми расположена индукторная неметаллическая пластина 3 (рис. 7). Выполненные в форме овала обмотки индуктора 1 намотаны согласно по магнитному полю из единого ленточного провода и при помощи эпоксидной смолы соединены с индукторной пластиной 3.
Устройство содержит ПЧЯ 4 и ЗЧЯ 5. Индуктор 1 зафиксирован относительно объекта воздействия -цифрового 88Б накопителя информации 6 при помощи фиксирующей скобы 7, охватывающих их прямолинейные участки. Передняя часть скобы 7а охватывает цифровой накопитель 6, а задняя часть скобы 7б охватывает ЗЧЯ 5. Части скобы фиксируются между собой при помощи разъемных фиксаторов 8.
б
Рис. 7. Общий вид (а) и поперечное сечение (б) ЛИЭП для уничтожения информации на 88Б накопителе
Ударный исполнительный элемент содержит упорядочено расположенные заостренные бойки 9 в форме закаленных гвоздей. Шляпка каждого бойка расположена между ПЧЯ 4 и ударной пластиной 10, а стержни бойков выполнены в форме заостренного
конуса и зафиксированы в отверстиях ударной пластины 10. ПЧЯ 4 и ударная пластина 10 соединены между собой. ПЧЯ 4, ЗЧЯ 5, индукторная 3 и ударная 10 пластины выполнены в форме прямоугольников, что соответствует форме цифрового 88Б накопителя информации 6.
В угловых участках индукторной пластины 3 перпендикулярно закреплены направляющие стойки 11, которые проходят через направляющие отверстия ПЧЯ ЗЧЯ и ударной пластины 10.
Направляющие стойки присоединены к индукторной пластине 3. Устройство содержит плоскую пружину 12, средняя часть которой взаимодействует с ударной пластиной 10, а ее концы закреплены относительно задней и передней частей скобы в разъемных фиксаторах 8. В исходном состоянии пружины 12 своей средней частью прижимает ударную пластину 10 вместе с ПЧЯ 4 к обмотке индуктора 1б, а обмотку 1а - к ЗЧЯ 5.
При необходимости уничтожения информации, размещенной на твердотельном цифровом 88Б накопителе, например, при поступлении сигнала о несанкционированном доступе к его информации происходит разряд емкостного накопителя энергии на индуктор. При этом происходит перемещение ударной пластины 10 с бойками 9, которые проникают в массив цифрового накопителя 6, безвозвратно уничтожая находящуюся на нем информацию.
Кроме того, ПЧЯ и ЗЧЯ экранируют магнитное поле, возбуждаемое индуктором, что благоприятно для близко расположенных электронных и биологических объектов [14].
На основании проведенных исследований был разработан экспериментальный образец ЛИЭП индукционного типа с двойным якорем.
Для проведения экспериментальных исследований ЛИЭП использовался диодно-тиристорный блок, электронный блок формирования импульса с конденсаторами, аккумулятор и пусковое устройство (рис. 8,а). При экспериментальных исследованиях в качестве объекта воздействия использовалась многослойная конструкция, набранная из тонких стальных листов, подпертых листами ДСП и стеклотекстолита. Такая конструкция позволяла визуально оценить глубину проникновения бойков в объект воздействия. Как показали эксперименты, после срабатывания ЛИЭП боек эффективно пробивал практически весь объект воздействия.
На рис. 9 показаны опытный образец ЛИЭП индукционного типа с двойным якорем, предназначенный для уничтожения информации на 88Б накопителе и результаты его воздействия на многослойный образец.
В опытном образце индуктор был покрыт декоративной черной пленкой и были усовершенствованы фиксирующие скобы, которые выполняли функцию наружного корпуса и полностью охватывали объект воздействия и ЗЧЯ.
а
б в Рис. 8. Оборудование для испытания ЛИЭП (а), экспериментальный образец ЛИЭП в исходном положении (б) и после срабатывания (в)
а б
Рис. 9. Опытный образец ЛИЭП для уничтожения информации на БББ накопителе (а) и результаты его воздействия на многослойный образец (б)
Выводы.
1. При помощи математической модели, учитывающей взаимосвязанные электрические, магнитные, тепловые и механические процессы установлено влияние геометрических параметров на электродинамические характеристики и показатели ЛИЭП индукционного типа с двойным якорем, охватывающим индуктор с противоположных сторон.
2. Определены пути повышения силовых показателей ЛИЭП - максимальной величины и импульса электродинамических усилий между частями двойного якоря. Впервые установлено, что силовые показатели ЛИЭП увеличиваются при максимальном приближении обеих частей двойного якоря к индуктору, при увеличении числа витков и неизменных габари-
тах индуктора, при уменьшении ширины медной шины и ширины индуктора.
3. Разработан и экспериментально испытан образец ЛИЭП индукционного типа с двойным якорем, предназначенный для уничтожения информации, размещенной на твердотельном цифровом SSD накопителе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Томашевский Д.Н., Кошкин А.Н. Моделирование линейных электродвигателей импульсного действия // Электротехника. - 2006. - №1. - С. 24-27.
2. Ивашин В.В., Пенчев В.П. Особенности динамики работы и энергетических диаграмм импульсного электромагнитного привода при параллельном и последовательном соединении обмоток возбуждения // Электротехника. -2013. - №6. - С. 42-46.
3. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Rassokha M.A., Shchukin I.S. High-efficiency impact electromechanical converter // Russian electrical engineering. - 2011. - vol.82. - no.2. - pp. 104-110. doi: 10.3103/s1068371211020027.
4. Болюх В.Ф., Щукин И.С. Линейные индукционно-динамические преобразователи. Saarbrucken, Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. - 496 с.
5. Иванов В.В, Паранин С.Н., Ноздрин А.А. Полуавтоматическая установка магнитно-импульсного прессования порошков // Материаловедение. - 2011. - № 7. - С. 42-45.
6. Young-woo Jeong, Seok-won Lee, Young-geun Kim, Hyun-wook Lee. High-speed AC circuit breaker and high-speed OCD // 22nd International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED 2013). - 2013, 10-13 June, Stockholm. -Paper 608. doi: 10.1049/cp.2013.0834.
7. Болюх В.Ф., Щукин И.С. Высокоэффективные импульсные электромеханические и электромагнитные устройства уничтожения информации на цифровых накопителях // Електротехнжа i електромеханжа. - 2015. - №5. - С. 36-46. doi: 10.20998/2074-272x.2015.5.05.
8. Пат. РФ № 2654163, МПК G11C 13/00, G06F 21/60. Устройство уничтожения информации, размещенной на твердотельном цифровом SSD накопителе / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2017109042. Заявл. 17.03.2017. Опубл. 16.05.2018, Бюл. № 14.
9. Bissal A., Magnusson J., Engdahl G. Comparison of two ultra-fast actuator concept // IEEE Transactions on Magnetics. -2012. - vol.48. - no.11. - pp. 3315-3318. doi: 10.1109/tmag.2012.2198447.
10. US Patent 8686814: H01H77/00. Electric switching device with ultra-fast actuating mechanism and hybrid switch comprising one such device / Schneider Electric Industries SAS. 01.04.2014.
11. Болюх В.Ф., Данько В.Г., Олексенко С.В. Влияние наружного экрана на эффективность линейного импульсного электромеханического преобразователя индукционного типа // Электротехника. - 2018. - №4. - С. 63-69. doi: 10.3103/s106837121804003x.
12. Болюх В.Ф., Кочерга А.И., Щукин И.С. Электромеханические процессы в линейном импульсно-индукционном электромеханическом преобразователе с подвижным индуктором и двумя якорями // Електротехнжа i електромеханжа. - 2018. - №2. - С. 11-17. doi: 10.20998/2074-272X.2018.2.02.
13. Болюх В.Ф., Кочерга А.И., Щукин И.С. Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора // Електротехнжа i електромеханжа. - 2018. - №1. - С. 21-28. doi: 10.20998/2074-272X.2018.1.03.
14. Болюх В.Ф., Кочерга О.1., Щукш 1.С. Порiвняльний аналiз конструктивних тишв комбшованих лшшних iмпуль-сних електромехашчних перетворювачiв // Техшчна елект-родинамжа. - 2018. - №4. - С. 84-88.
REFERENCES
1. Tomashevsky D.N., Koshkin A.N. Modeling of linear impulse electric motors. Russian Electrical Engineering, 2006, no.1, pp. 24-27. (Rus).
2. Ivashin V.V., Penchev V.P. Features of the dynamics of work and energy diagrams of pulsed electromagnetic drive with parallel and series connection of excitation windings. Electrical engineering, 2013, no.6, pp. 42-46. (Rus).
3. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Rassokha M.A., Shchukin I.S. High-efficiency impact electromechanical converter. Russian electrical engineering, 2011, vol.82, no.2, pp. 104-110. doi: 10.3103/s1068371211020027.
4. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. Lineinye induktsionno-dinamicheskie preobrazovateli [Linear induction-dynamic converters]. Saarbrucken, Germany, LAP Lambert Academic Publ., 2014. 496 p. (Rus).
5. Ivanov V.V., Paranin S.N., Nozdrin A.A. Semiautomatic installation of magnetic pulse compaction of powders. Materialovedenie, 2011, no.7, pp. 42-45. (Rus).
6. Young-woo Jeong, Seok-won Lee, Young-geun Kim, Hyun-wook Lee. High-speed AC circuit breaker and high-speed OCD. 22nd International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED 2013), 2013, 10-13 June, Stockholm, Paper 608. doi: 10.1049/cp.2013.0834.
7. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. High-performance electromechanical and electromagnetic pulse devices for destruction of information on digital drives. Electrical engineering and elec-tromechanics, 2015, no.5, pp. 36-46. (Rus). doi: 10.20998/2074-272x.2015.5.05.
8. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Ustroistvo unichtozheniia informatsii, razmeshchennoi na tverdotel'nom tsifrovom SSD nakopitele [A device for destroying information located on a solid state digital SSD drive]. Patent Russian Federation, no. 2654163, 2018. (Rus).
9. Bissal A., Magnusson J., Engdahl G. Comparison of two ultra-fast actuator concept. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol.48, no.11, pp. 3315-3318. doi: 10.1109/tmag.2012.2198447.
10. Schneider Electric Industries SAS. Electric switching device with ultra-fast actuating mechanism and hybrid switch comprising one such device. Patent USA, no.8686814, 2014.
11. Bolyukh V.F., Dan'ko V.G., Oleksenko S.V. The Effect of an External Shield on the Efficiency of an Induction-Type Linear-Pulse Electromechanical Converter. Russian Electrical Engineering, 2018, vol.89, no.4, pp. 275-281. doi: 10.3103/s106837121804003x.
12. Bolyukh V.F., Kocherga A.I., Schukin I.S. Investigation of a linear pulse-induction electromechanical converter with different inductor power supply circuits. Electrical engineering & electromechanics, 2018, no.2, pp. 11-17. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2018.2.02.
13. Bolyukh V.F., Kocherga A.I., Schukin I.S. Investigation of a linear pulse-induction electromechanical converter with different inductor power supply circuits. Electrical engineering & electromechanics, 2018, no.1, pp. 21-28. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2018.1.03.
14. Bolyukh V.F., Kocherga A.A., Shchukin I.S. Comparative analysis of constructive types of combined linear pulse electromechanical converters. Technical electrodynamics, 2018, no.4, pp. 84-88. (Ukr). doi: 10.15407/techned2018.04.084.
Поступила (received) 22.06.2018
БолюхВладимир Федорович1, д.т.н., проф., Кашанский Юрий Владимирович1, магистрант, Кочерга Александр Иванович1, аспирант, Щукин Игорь Сергеевич1'2, к.т.н., доц.,
1 Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61002, Харьков, ул. Кирпичева, 2,
тел/phone +38 057 7076427, e-mail: vfbolyukh@gmail.com
2 ООО Фирма «ТЭТРА, Ltd», 61002, Харьков, ул. Кирпичева, 2,
тел/phone +38 057 7076427, e-mail: tech@tetra.kharkiv.com.ua
V.F. Bolyukh1, Yu.A. Kashanskij1, A.I. Kocherga1, I.S. Schukin1,2
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 Firm Tetra, LTD,
2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine. Investigation of linear pulse electromechanical converter of induction type with double armature intended for destroying information on SSD storage device.
Purpose. The goal of the paper is to determine the influence of the linear pulse electromechanical converter (LPEC) parameters with a double armature on its electrical, power and temperature indices and experimental verification of the proposed design for an information destruction device in a flat SSD storage device. Methodology. Using the mathematical model that takes into account interrelated electrical, magnetic, thermal and mechanical processes, the influence of geometric parameters on the electro-dynamic characteristics and the indices of the induction type LPEC with a double armature spanning the inductor from opposite sides is investigated. Results. It is shown that the currents in the inductor and armature change in accordance with the oscillation-damping law practically in antiphase. The maximum value of the current density in the inductor is 215.8 A/mm2, and in each of the identical parts of the double armature it is 299.7 A/mm2. The maximum value of electrodynamic forces (EDF) acting in opposite directions on the front and rear of the double armature is 11.99 kN, and the value of the EDF pulse is 4.59 N-s. Originality. It is established that with axial removal of the rear part of the armature from the inductor, the maximum current densities in the inductor decrease, in the front part of the armature increase, and in the rear part of the armature decrease. The maximum value and the pulse of the EDF between the armature parts decrease. With an increase in the number of turns in the inductor and a decrease in the thickness of the copper bus, all the basic indicators of the LPEC increase. With an increase in the number of turns of the inductor from 26 to 56, the maximum EDF value acting between the parts of the armature increases almost 3 times, and the magnitude of the EDF pulse is 3.3 times. With an increase in the width of the copper bus and the width of the inductor, the main indicators of the LPEC decrease. With an increase in the width of the inductor from 10 mm to 20 mm, the maximum EDF between the armature parts decreases by 1.3 times, and the value of the EDF pulse decreases by 1.2 times. Practical value. Based on the conducted studies, an induction-type LPEC model with a double armature was designed and tested experimentally, designed to destroy information located on a solid-state digital SSD storage device. References 14, figures 9.
Key words: linear pulse electromechanical converter of induction type, double armature, electrodynamic processes, digital SSD storage device, experimental sample.
