Розов Володимир Юрійович. Системи автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля енергонасичених об'єктів

Короткий опис

Розов Володимир Юрійович. Системи автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля енергонасичених об'єктів : Дис... д-ра наук: 05.09.03 2002

Розов В.Ю. Системи автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля енергонасичених об’єктів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2002.
Дисертація присвячена подальшому розвитку теорії автоматичної компенсації магнітного поля енергонасичених об'єктів і створенню принципів побудови, алгоритмів і структур ефективних систем автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля автономних об'єктів та силового електрообладнання для вирішення проблем електромагнітної сумісності і магнітної екології.
Аналітично виявлені та експериментально підтверджені принципи побудови параметричних систем автоматичної компенсації, що здійснюють ефективне зменшення рівня складових зовнішнього магнітного поля об'єкта в необмеженій області простору при мінімальному негативному впливі на основні функціональні характеристики об'єкта.
Запропоновано структури й алгоритми параметричних систем, що здійснюють ефективну компенсацію магнітного поля об'єкта. Визначено принципи побудови високоефективних електромагнітних компенсаторів і високоякісних напівпровідникових джерел живлення.
Основні результати роботи знайшли практичне застосування для зменшення зовнішнього магнітного поля силового електрообладнання та маломагнітних суден.

У дисертаційній роботі розвинуто теорію автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля ЕНО та створено на цій основі ефективні системи автоматичної компенсації магнітного поля. Отримані в дисертації результати в сукупності складають суттєвий внесок у вирішення проблеми створення ефективних систем автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля складних автономних об’єктів і різноманітного силового електрообладнання.
1. Обгрунтовано необхідність подальшого розвитку теорії автоматичної компенсації магнітного поля ЕНО і доцільність створення систем автоматичної компенсації, що забезпечують ефективну компенсацію усіх складових зовнішнього магнітного поля різноманітних ЕНО для вирішення проблем їх магнітного захисту, магнітної сумісності з технічними засобами та оточуючим середовищем.
2. Запропоновано узагальнений алгоритм автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля ЕНО та узагальнене рівняння компенсації, що його описує і встановлює взаємозв’язок між магнітним полем, що компенсується, компенсуючим магнітним полем та похибкою компенсації. Уточнено поняття ефективності компенсації як безрозмірної величини, обернено пропорційної відносній похибці компенсації, що дозволяє виконувати оцінку та аналіз якості різних методів та засобів компенсації.
3. Досліджено системи компенсації як різновид систем автоматичного керування, що здійснюють автоматичну компенсацію зовнішнього магнітного поля у необмеженій області оточуючого об’єкт простору, й обгрунтовані переваги реалізації таких систем у розімкненій структурі.
4. Запропоновано параметричні системи автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля ЕНО, які реалізуються в розімкненій структурі, та визначено узагальнений алгоритм їх функціонування, що базується на слідкуванні за параметрами густини струму і намагніченості елементів об’єкта, або за функціонально пов’язаними з ними іншими незалежними параметрами. Показано, що використання параметричних систем автоматичної компенсації дозволяє досягти високої ефективності компенсації без істотного впливу на основні функціональні параметри об’єкта.
5. Розроблено та реалізовано метод селективної компенсації просторових гармонік магнітного поля ЕНО, який грунтується на виявленні і компенсації тільки головних просторових гармонік, що визначають рівень магнітного поля ЕНО у нормованій області простору. Використання методу дозволяє спростити практичну реалізацію параметричних систем автоматичної компенсації без істотного зменшення їх ефективності.
6. Теоретично встановлено та експериментально обгрунтовано, що головними просторовими гармоніками зовнішнього магнітного поля електрообладнання, рівень якого нормується в дальній області простору, є: дипольна гармоніка, викликана технологічною несиметрією конструкції, яка визначається за допомогою запропонованого імовірнісно-статистичного методу модельних груп; власна” гармоніка, обумовлена порядком симетрії магнітної системи електрообладнання. На цій основі розроблено та реалізовано ефективні для електрообладнання метод загальної дипольної компенсації і метод компенсації власної гармоніки.
7. Встановлено, що головними просторовими гармоніками магнітного поля складних ЕНО в ближній області простору можуть виступати дипольні складові магнітного поля їх локальних елементів або їх локальних елементарних об’ємів. На цій основі розроблено та реалізовано метод локальної дипольної компенсації зовнішнього магнітного поля складних енергонасичених об’єктів, заснований на уявленні об’єкта протяжністюLу виглядіQлокальних об’ємів меншої протяжності, що характеризуються кратністю розбивкиQі дипольними магнітними моментами, і здійсненні індивідуальної компенсації цих дипольних магнітних моментів. Реалізація методу дозволяє за допомогою найпростіших дипольних компенсаційних джерел підвищити ефективність компенсації магнітного поля поблизу поверхні складного ЕНО з 10 до 30 разів з перспективою досягнення ефективності компенсації близько 80.
8. Встановлено основні складові похибки дипольної компенсації зовнішнього магнітного поля електрообладнання, якими є: похибка від вищих просторових гармонік, утворюваних об’єктом і системою компенсації; метрологічна похибка настроювання системи компенсації; інструментальна і методична похибки системи компенсації по формуванню компенсуючого магнітного моменту. Показано, що застосування розроблених параметричних систем автоматичної компенсації, які реалізують запропоновані методи селективної компенсації магнітного поля, дозволяє здійснити мінімізацію зазначених похибок і підвищити ефективність компенсації максимальних значень зовнішнього магнітного поля електрообладнання у дальній області простору з 10 до 30 разів з перспективою досягнення ефективності компенсації більше 100.
9. Одержано аналітичні співвідношення між основними розмірами конструктивних елементів електромагнітних компенсаторів систем автоматичної компенсації, виконаних на феромагнітних осердях із полюсними наконечниками, що дозволило оптимізувати їх питомі масоенергетичні характеристики і розробити типорозмірний ряд локальних електромагнітних компенсаторів.
10. Запропоновано та реалізовано структурні методи підвищення якості вихідної енергії напівпровідникових джерел живлення електромагнітних компенсаторів. Проведено розробку високоякісних джерел живлення потужністю до 30 кВт з коефіцієнтом пульсації вихідного струму на рівні 10-5, виконаних на основі запропонованих у дисертації багатоканальних структур, що реалізують ітераційні методи керування, а також застосування замкнених вибірних систем регулювання з комутаційними фільтрами в ланці зворотного зв’язку.
11. На основі результатів виконаних теоретичних досліджень проведено синтез ефективних параметричних систем автоматичної компенсації та їх високоякісних джерел живлення і електромагнітних компенсаторів, використання яких замість існуючих систем компенсації дозволяє істотно (у 3 рази і більше) зменшити рівень зовнішнього магнітного поля різноманітних ЕНО як у дальній, так і в ближній області оточуючого їх простору. Основні результати виконаних у дисертації досліджень і практичних розробок використані ВАТ«ЦКБ ШХУНА» (м. Київ) при створенні комплексу магнітного захисту маломагнітних суден; ВАТ «Завод ПЕРЕТВОРЮВАЧ» (м. Запоріжжя) у промисловому виробництві напівпровідникових перетворювачів типів ТПВ (В-ТПВ), ТПС, ПТС; ДКБ «Південне» (м. Дніпропетровськ) при створенні виконавчих електромагнітів магнітних систем керування космічних апаратів.
12. Результати дисертаційної роботи рекомендовані для використання науковим і промисловим установам та організаціям, що виконують дослідження і розробку методів і засобів керування параметрами магнітного поля технічних об’єктів.
13. Достовірність і обгрунтованість наукових положень, висновків і рекомендацій дисертаційних досліджень підтверджуються використанням коректних методів досліджень, узгодженням розрахунків з експериментальними даними та раніше відомими з літературних джерел результатами, апробацією основних положень і результатів на представницьких наукових конференціях.