автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Электромеханические вибрационные элементы систем управления

005002401

САТТАРОВ Роберт Радилович

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ВИБРАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (развитие теории, разработка и исследование)

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа-2011

005002401

Работа выполнена на кафедре электромеханики ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Исмагилов Флюр Рашитович, кафедра электромеханики ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Петрова Ирина Юрьевна,

кафедра информационных систем ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет»

доктор технических наук, доцент, Бапшров Мусса Гумерович, кафедра электрооборудования и автоматики промышленных предприятий ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», филиал в г. Салават

доктор технических наук, профессор, Ураксеев Марат Абдуллович, кафедра информационно-измерительной техники ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Ведущая организация ФГАОУ ВПО «Уральский Федеральный

Университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», г. Екатеринбург

Защита состоится «2|» оек^х 2011г. в 1£)00 часов на заседании диссертационного совета Д212.288.02 Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, г. Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12, актовый зал 1-го корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета

Автореферат разослан «_-£_» нсЛ^^ 2011.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор техн. наук, доцент

А.В. Месропян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Практически во всех отраслях промышленности для существенного повышения интенсивности и эффективности технологических процессов, например, гранулирования, сушки, растворения и т.д., в настоящее время используется вибрация. Вместе с тем в ряде случаев вибрация приводит к вредным воздействиям, как на технологические процессы, так и на человека. Поэтому следует обеспечивать контроль и при необходимости снижение уровня вибрации. В системах управления (СУ) для возбуждения вибраций, их гашения или измерения могут быть использованы технические устройства с различным принципом действия, одпако наиболее перспективно применение электромеханических элементов, которые обладают простотой, большой надежностью и универсальностью.

В СУ вибрационными и колебательными механизмами и устройствами широко используются электромеханические вращающиеся преобразователи совместно с механическими, обеспечивающими преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот. Растет интерес и область применения электромеханических вибрационных элементов (ЭМВЭ) без промежуточных преобразований, что существенно повышает качество и эффективность технологических процессов, снижает энергопотребление и

повышает экологичность производства.

В нашей стране и за рубежом интерес к разработке вибрационных электромеханических элементов продолжает расти. Среди ученых-исследователей этого направления можно назвать Москвитина А.И., Laithwaite E.R., Ряшенцева Н.П., Ходжаева К.Ш., Свечарника Д.В., Соколова М.М., Овчинникова И.Е., Веселовского О.Н., Лопухину Е.М., Коняева А.Ю., Сарапулова Ф.Н., Boldea I., NasarS.A., Хитерера М.Я., Шымчака П. и др. Благодаря их усилиям создано большое количество разнообразных электромеханических преобразователей с колебательным движением, используемых в СУ вибрационными устройствами и процессами.

Рост области применения регулируемых вибрационных процессов и увеличение их интенсивности приводит к повышению требований к исполнительным элементам - демпфирующим элементам (ДЭ) и вибровозбудительным элементам (ВВЭ). Для удовлетворения повышенных требований к ЭМВЭ необходимо разрабатывать высокоэффективные элементы с улучшенными техническими характеристиками и уменьшенными

массогабаритными показателями.

ЭМВЭ работают в установившихся периодических и динамических режимах, а их вторичная система (ВС) имеет сложную структуру и геометрию, что приводит к ярко выраженным краевым эффектам. Поэтому при анализе и проектировании ЭМВЭ использование положений известной теории вращающихся и линейных электромеханических преобразователей не всегда

обеспечивает требуемую точность.

Следовательно, развитие общей теории ЭМВЭ с целью разработки на её основе новых конструкций вибрационных элементов систем управления и

совершенствование существующих является актуальной научно-технической проблемой.

Основание для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена на кафедре «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета в рамках:

- тематического плана научно-исследовательских работ (2006-2008 гг.) по заданию Федерального агентства по образованию, по теме «Исследование электрофизических и электромеханических процессов в системах электрооборудования авиационно-космической техники»;

проекта «Исследование процессов энергопреобразования в электромеханических колебательных системах с распределенной вторичной средой» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» Министерства образования и науки РФ и Федерального агентства по образованию.

- госбюджетных НИР:

• математическое моделирование и исследование электромеханических систем и элементов для автономных объектов (2002-2005 г.);

• исследование электрофизических процессов в перспективных элементах и системах электрооборудования авиационной космической технике (2003 - 2008 г.);

- хоздоговорных НИР:

• исследование и разработка перспективной системы зажигания с микропроцессорным управлением для снегоходов типа «Буран», «Тайга» (2003 г., тема АП-ЭМ-09-03 ХГ);

• разработка конструкторской документации, изготовление опытного образца испытательного стенда для авиационных стартер-генераторов ГС-12, ГС-12ТО (2004 г., тема АЛ-ЭМ-02-04-ХГ);

• исследование и разработка асинхронных двигателей АИМ-А56, 63, 71, 80, 100 с уменьшенными массогабаритными показателями (2004 г., тема АП-ЭМ-10-04ХГ);

• разработка стенда для экспериментальных исследований и испытаний приводов электротранспорта (2005 г., тема АП-ЭМ-21-05 ХГ);

• разработка программируемой микропроцессорной системы зажигания для снегохода «Рысь» взамен БСЗ-2, снегохода «Буран» и «Тайга» взамен БСЗ-4 (2006 г., тема АИ-ЭМ-06-06 ХГ);

• разработка двигателей с высотой оси вращения 71 и 80 мм для атомных электростанций (2006 г., тема АП-ЭМ-07-06 ХГ);

• исследование, разработка и внедрение системы защиты ВЛ от гололедообразования (2006 г., тема АП-ЭМ-17 -06 ХГ).

Цель работы - теоретическое обобщение, развитие теории и разработка новых научно обоснованных технических решений электромеханических элементов систем управления, используемых для возбуждения и гашения вибраций.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие

основные задачи:

1. Разработка совокупности математических моделей индукционных демпфирующих элементов (ИДЭ) с вторичной системой сложной структуры, учитывающих взаимосвязанные электромагнитные и механические процессы в установившихся периодических и динамических режимах.

2. Разработка обобщенной математической модели, теоретическое и экспериментальное исследования ИДЭ с вторичной системой, содержащей произвольное количество активных и неактивных зон различной геометрии.

3. Создание теоретических основ для разработки и использования электромагнитных вибровозбудительных элементов (ЭВВЭ) нового класса, отличительными признаками которых является возбуждение от прямолинейного проводника с током и колебательное движение в переменном магнитном поле.

4. Разработка новых научно обоснованных конструктивных схем электромеханических демпфирующих и вибровозбудительных элементов.

5. Внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований и новых образцов ЭМВЭ в промышленность и учебный процесс. Разработка методов расчета и проектирования ЭМВЭ для систем управления.

Методы исследований. В качестве методологической базы работы использовались методы теории колебаний, методы теории электрических и магнитных цепей, теории систем автоматического управления, аналитические и численные методы математической физики, методы экспериментального исследования, методы имитационного моделирования на ЭВМ. В работе использовались теория электромеханического преобразования энергии и управления электротехническими системами, методы математического и физического моделирования. Анализ электромагнитных процессов и выходных характеристик элементов выполнен с помощью комбинированного подхода, сочетающего теорию поля и теорию цепей. При разработке программного обеспечения и моделирования на ЭВМ использованы языки высокого уровня (С+, VBA), пакеты прикладных программ Mathematica, MathCAD, ELCUT.

На защиту выносятся:

1. Совокупность математических моделей установившихся периодических и динамических режимов ЭМВЭ, отражающих взаимное влияние механической и электромагнитной подсистем ЭМВЭ.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ИДЭ, которые позволили установить закономерности влияния параметров и скорости движения вторичной системы, на выходные характеристики.

3. Обобщенная математическая модель ИДЭ со вторичной системой сложной геометрии с произвольным количеством активных и неактивных зон и результаты ее исследования.

4. Математические модели и конструктивные схемы нового класса ЭВВЭ, отличительной особенностью которых является возбуждение от электромагнитного поля проводника с током и колебательное движение в переменном магнитном поле.

5. Разработанные технические решения, реализованные и внедренные высокоэффективные ЭМВЭ и результаты исследований их характеристик.

Научная повизиа работы заключается в следующем:

• Разработана обобщенная математическая модель ИДЭ со вторичной системой сложной геометрии, отличающаяся тем, что в ней учитывается произвольное количество активных и неактивных зон различной геометрии, и позволяющая установить зависимости плотностей вихревых токов, электромагнитных сил и моментов от геометрических параметров и интенсивности электромагнитных процессов, а также разработать ИДЭ с требуемыми выходными характеристиками.

• Разработана оригинальная математическая модель ИДЭ с вторичной системой сложной структуры, позволяющая определить влияние геометрии и структуры вторичной системы на характеристики ДЭ.

• Развита теория периодических установившихся и динамических режимов ИДЭ, впервые определены закономерности изменения напряженности магнитного поля, плотности вихревых токов, электромагнитной силы и момента при периодическом изменении скорости движения вторичной системы.

• Создан новый класс ЭВВЭ с возбуждением от электромагнитного поля прямолинейного проводника с током и исследованы его технические возможности; установлены зависимости магнитных потоков, электромагнитных сил и параметров колебаний от геометрии магнитной системы, что дает возможность разработки ЭВВЭ для различных вибрационных устройств.

• Получены новые технические решения электромеханических вибрационных элементов для возбуждения и гашения механических колебаний (Патенты РФ №2247464, №2251196, №3309505, №2361352,2363003, №2365022 №2409881, №2402142).

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:

• Применение совокупности полученных в работе результатов позволяет разработать и создать ЭМВЭ, которые обеспечивают требуемое качество периодических режимов и имеют большую надежность и уменьшенные массогабаритные показатели.

• Разработанные методы и алгоритмы, реализованное программное обеспечение для расчета основных характеристик и параметров ЭМВЭ, а также разработанные инженерные методики их проектирования, позволяют повысить качество и скорость их проектирования.

• Разработанные конструкции ЭМВЭ с существенно улучшенными показателями, защищенные патентами РФ, позволяют расширить область применения и повысить эффективность СУ вибрационными процессами.

Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов работы подтверждается корректностью поставленных задач; обоснованностью принятых допущений и адекватностью математических моделей и методов, используемых при исследовании; строгостью выполненных математических преобразований; точностью показаний поверенных

измерительных приборов и результатами экспериментальных исследований электромеханических вибрационных элементов; соответствием результатов анализа ряда частных случаев по разработанным обобщенным моделям известным результатам работ других авторов.

Внедрение результатов работ. Реализация результатов работы подтверждается их использованием в промышленности и образовании.

1. Результаты работы внедрены и используются на ОЛО Уфимский Завод «Электроаппарат» при проектировании элементов систем управления вибрационными устройствами;

2. Научпые положения и результаты диссертационной работы внедрены и используются ФГУП «Уфимское агрегатное производственное объединение» при разработке специальных электромеханических преобразователей и технологий для авиационной промышленности.

3. Полученные теоретические результаты, разработанные экспериментальные установки используются в учебном процессе при изучении ряда дисциплин, а также в курсовом и дипломном проектировании при подготовке специалистов по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались более чем на 25 конференциях и симпозиумах: научно-технической конференции «Электротехнические комплексы автономных объектов ЭКАО-97» (Москва, 1997); научно-технической конференции «Новые методы, технические средства и технологии получения измерительной информации» (Уфа, 1997); Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Информационные и кибернетические системы управления и их элементы» (Уфа, 1997); международной научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем управления, контроля и управления» (Гурзуф, 1998, 2000); международной конференции «Aircraft engineering prospects» (Берлин, 1998); международной конференции «Электромеханика и электротехнологии» (Клязьма, 1998); международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1998); международной молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 1999); всероссийский электротехнический конгресс с международным участием «На рубеже веков: итога и перспективы» (Москва, 1999); второй международной научно-технической конференции Решонального Уральского отделения АИН РФ (Екатеринбург, 2000); международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (X Бенардосовские чтения) (Иваново, 2001); Российского национального симпозиума по энергетике (Казань, 2001); научно-технической конференции «Пилотируемая космонавтика: Становление, проблемы, перспективы (к 40-летию полета Ю.А.Гагарина в космос)» (Уфа, 2001); научно-практической конференции «Энергоэффективная экономика. Проблемы, задачи, перспективы научно-технического развития. Опыт внедрения в РБ» (Уфа, 2004); XV Всероссийской научно-методической конференции

«Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций» (Уфа-Москва, 2005); Всероссийская научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСШНТЕХ - 2007» (Астрахань, 2007); XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2007); 10th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2008) (Antalya, Turkey, 2008); 15-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2009); II Всероссийская научно-техническая конференция «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий», (Уфа, 2009); IV всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы в науке и технике (Уфа, 2009); XVI Симпозиум «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем «DYVIS-2009»» (Москва-Звенигород, 2009); 11ш International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2009) (Crete, Greece, 2009); Международная научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСИНТЕХ-2010» (Астрахань, 2010); IV Международной научно-технической конференция «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург, 2011); 12th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2010).

За проведенные работы автором получены молодежная государственная премия Республики Башкортостан в области науки и техники за 2008 г., а также премия «Новая генерация» МЭИ(ТУ) (2008 г.). Под руководством автора реализуются два проекта по программе У.М.Н.И.К.

Работа обсуждена и получила одобрение на расширенном заседании кафедры электромеханики УГАТУ.

Публикации по теме диссертации. Основные теоретические положения, выводы и результаты по теме диссертации опубликованы в 73 работах, в том числе: 19 статей, опубликованных в изданиях перечня ВАК, 11 патентов РФ на изобретения и полезные модели, три свидетельства на регистрацию программ, две монографии и одно учебное пособие.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, списка литературы из 221 наименования, заключения и приложений, общим объемом 336 страниц. В работе содержится 106 рисунков, 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, решаемой в диссертационной работе, сформулированы цель и обоснованы задачи исследования, которые необходимо решить для её достижения. Приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечена их новизна и практическая значимость. Приведены сведения об апробации работы и публикациях, внедрении результатов.

Г-'

В первой главе проведен краткий обзор и анализ известных отечественных и зарубежных работ в области разработки электромеханических

1 элементов систем управления и автоматики, рассмотрено современное состояние и перспективы развития электромеханических вибрационных элементов. На основании проведенного анализа предложена классификация ЭМВЭ систем управления. Основными элементами вибровозбудительных и виброзащитных систем является электромагнитные вибровозбудительные и индукционные демпфирующие элементы.

1 Принцип действия индукционных демпфирующих элементов (ИДЭ) с

распределенными параметрами заключается в использовании вихревых токов, наводимых в движущейся проводящей вторичной среде первичным полем. Вторичная система представляет собой тонкую проводящую пластину, полый цилиндрический стакан, тонкий диск или часть конуса. Соответственно различают линейные, цилиндрические, дисковые и конические ИДЭ. Кроме того, в некоторых случаях могут использоваться элементы с ВС сложной геометрии. Часто ИДЭ одновременно выполняют и функции измерения скорости вращения, углового и линейного ускорения и т.д.

Рисунок 1 - Индукционный демпфирующий элемент с ротором сложной геометрии

На рисунке 1 приведен ИДЭ с вторичной системой сложной геометрии. В корпусе 1 установлен индуктор 2, который создает первичное магнитное поле. При вращении вала 3 в тонкостенном роторе 4 наводятся вихревые токи, взаимодействие которых с первичным магнитным полем приводит к возникновению тормозной электромагнитной силы. Внутренний магнитопровод 5 служит для усиления основного магнитного потока. Во вторичной системе (роторе) можно выделить следующие зоны, отличающиеся геометрией и характером первичного поля: цилиндрический вылет (зона 1), цилиндрическую активную зону (зона 2), коническую активную зону (зона 3), конический (зона 4) и дисковый вылеты (зона 5). Некоторые из этих зон являются активными, так как участвуют в процессе энергопреобразования, а

зона 1 зона 2

"зона 5

'Г

другие - неактивными, так как непосредственно не участвуют в создании электромагнитного момента.

Электромеханическое демпфирование обеспечивает силу, пропорциональную скорости деформации, что позволяет получить благоприятные для амортизационной системы характеристики (коэффициенты заполнения и восстановления, малые силы трогания). В то же время, совершенствование амортизационных систем обуславливает необходимость постоянного улучшения выходных характеристик ИДЭ.

В работе разработаны основы теории электромагнитных вибровозбудительных элементов нового класса. Возможные конструктивные схемы представлены на рисунке 2. ЭВВЭ с сосредоточенными параметрами (ЭВВЭсСП) состоят из электромагнита и якоря, выполненных в виде двух одинаковых подвижных рабочих частей, каждая из которых представляет собой пару полуколец 2 из ферромагнитного материала, с зазором между ними и размещенных на шине с переменным током 1 (рисунок 2, а). Эти части скреплены шайбами из немагнитного материала 3, причем подвижные рабочие части имеют между собой упругую связь. В представленном ЭВВЭ перемещение происходит вдоль силовых линий магнитного поля, для увеличения электромагнитной силы могут использоваться ЭВВЭ с поперечным и с поперечно-продольным перемещением по отношению к магнитному полю.

Рисунок 2 - Электромагнитные вибровозбудительные элементы: а-с сосредоточенными параметрами; б- с распределенными параметрами

Другая группа ЭВВЭ имеет существенно распределенные параметры магнитной и механической подсистемы, к примеру, на рисунке 2, б. Здесь линейный проводник с током 1 охватывается кольцевым магнитопроводом 2, а вибрация возбуждается пластинами 3, разделенных рабочим воздушным зазором 4. В этой конструкции существенной является зависимость параметров механической и магнитной цепи от координат, а, следовательно, ее необходимо учитывать при исследованиях. Предложенные электромагнитные вибровозбудительные элементы с распределенными параметрами (ЭВВЭсРП) могут использоваться для возбуждения вибраций в агрессивных средах. На основе

рассматриваемых ЭВВЭ предложены сигнализатор гололедообразования на ЛЭП, вибродвижители для устройств перемещения в трубах и устройств очистки ЛЭП от гололедных образований.

Во второй главе проведено исследование периодических режимов в ИДЭ с распределенной вторичной системой и получены математические модели переходных и установившихся режимов. Приняты допущения, которые позволяют рассматривать расчетную схему преобразователей на рисунке 3.

"ТГ^

N

N

тг

-н-

~тг 11

11

11

~гг 11

■1'

N

N

5

У У

А-А

О

/в

2а

и

V®

Рисунок 3 - Расчетная схема ИДЭ

Электромеханические процессы в установившихся и переходных режимах описываются системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений:

(1)

<Ш,1т (1 ... |

"¿Чё"-7* I 2т=уУ ;

¡(О;

<

где #*„, - комплексная амплитуда напряженности вторичного поля; е - безразмерная частота (магнитное число Рейнольдса), характеризующая интенсивность электромагнитных процессов; Х\ V - координата и скорость центра масс вторичной системы; т ■ - относительный момент.

Получить аналитическое решение в общем случае не представляется возможным. Поэтому далее при исследовании используются численные методы. Ряд проведенных расчетов показывает, что напряженность вторичного

магнитного поля всегда имеет отрицательный знак, т.е. направлена против первичного поля. Частота колебаний напряженности поля в два раза больше частоты колебаний ротора. Относительный момент направлен против скорости, однако при изменении направления движения из-за электромагнитной инерции момент демпфера не сразу меняет знак и некоторое время является ускоряющим. Период колебаний определяется частотой вынуждающей силы и можно считать, что скорость в установившемся режиме изменяется практически гармонически.

Поэтому целесообразно исследовать электромагнитные процессы, когда закон движения вторичной среды задан. Тогда напряженность поля может быть найдена в следующем виде

#2» = ехр(-£(/))

С + /ю|§(т)ехр(я(-с))£/т

где г(0 = со |(1 / б — №т))<1т ; у(0 = V Е(0;

а = И V,

ср

(2)

средние значения

угловой и линейной скорости; £(г) - заданная периодическая функция. Постоянная интегрирования определяется начальными условиями. В зависимости от характера изменения скорости движения во времени возможны три режима:

• режим вращения с постоянной скоростью;

в режим вращения с переменной скоростью, когда скорость имеет постоянную и переменную составляющие;

• режим вращательных колебаний, когда скорость изменяется по периодическому закону.

{ Кгу)

2 3 4 5

Рисунок 4 - Коэффициент ослабления среднего электромагнитного момента

Р 8

Средний за полупериод момент в установившемся режиме

М-

26 <о> <3>

1 + Е2

где (кт) - коэффициент, учитывающий влияние изменения направления

вращения (реверса).

На рисунке 4 приведены зависимости коэффициента ослабления среднего момента от безразмерной частоты е и относительной угловой скорости движения О)*, выраженной в долях частоты колебаний. При ш*<1,3 коэффициент ослабления с увеличением е монотонно уменьшается, асимптотически приближаясь к постоянному значению. Например, при ш* = 1 и е > 2 коэффициент ослабления {£,.„}» 0,6. При со* >1,3 коэффициент ослабления сначала уменьшается, достигая минимального значения при е = 1,а затем возрастает и приближается к некоторому постоянному значению.

В третьей главе проведено исследование влияния структуры ВС на характеристики ИДЭ при постоянной скорости движения. Получены математические модели ИДЭ с вторичной системой с прорезями и вылетами, из которой, как частные случаи, получены математические модели электромагнитных процессов во вторичной системе без вылетов и только с вылетами. При сравнении полученных расчетных выражений коэффициенты, позволяющие учесть влияние поперечного краевого эффекта, прорезей и т.д. на параметры и характеристики ИДЭ. Кроме того, получены упрощенные соотношения для механических характеристик ИДЭ с многослойной вторичной системой.

Для исследования индукционного элемента с равномерно выполненными прорезями в активной зоне с шагом Ь (см. рисунок 3), без потери общности анализа, принимается следующее дополнительное условие: ширина прорези мала по сравнению с расстоянием между прорезями т.е. /пр« Ъ.

Уравнение для напряженности вторичного магнитного поля в активной зоне (¡^|<а)

+ (4)

ду ох а в зоне вылетов (а<\у\<{а+1ъ))

д2Н. 8гН„

+ у£ва2Я.=0, (5)

ду1 дх2

где бв - магнитное число Рейнольдса для вылетов.

Решения уравнений (4) и (5) должны удовлетворять условиям сопряжения на границах областей: на границах проводника нормальные составляющие токов должны быть равны нулю; на границе раздела двух сред с различными физическими свойствами должны оставаться непрерывными тангенциальные составляющие напряженности магнитного поля и электрического поля, а также нормальные составляющие плотности тока.

Полученная краевая задача может быть решена методом Фурье. Для активной зоны напряженность вторичного магнитного поля:

Н„ = Яе 1-Я + Я, Си ф,х) •, (6)

¿71

где ^ = ? 2 = а 2-(1+у Е.); г 2 =Р е. а 2-

= СЛ; С, =--= |. Ьа. х85п(р

сШСХДЬ^Й^а) 6 «

Л,

На основе полученных выражений для напряженности магнитного поля найдены плотности вихревых токов в роторе. Проведен анализ влияния прорезей на распределение вторичного магнитного поля и вихревых токов. Показано, что реакция якоря в ИДЭ с прорезями значительно выше, чем в демпфере со сплошным ротором. Тангенциальные токи при наличии прорезей вытесняются из активной зоны, а аксиальная плотность токов существенно возрастает.

В воздушном зазоре возникают высшие гармоники вторичного магнитного поля, которые наиболее сильно проявляются при е = 1*2. В работе определен магнитный поток от высших гармоник, проведен анализ зависимости этого потока от количества прорезей и геометрических размеров ВС. Показано, что при определенных условиях поток от высших гармоник может достигать существенных значений (до 30% от первичного потока), что позволяет использовать его для самовозбуждения ИДЭ.

Определены механические характеристики демпфирующих элементов с прорезями в однослойной и многослойной вторичной среде. Электромагнитный момент демпфера с прорезями в однослойном роторе из проводящего немагнитного материала определяется как

(7)

Д Л ^I

где шах = Рк~——ЛаО - максимальный момент в цилиндрическом ИДЭ без

краевых явлений.

Относительный момент для всех ИДЭ можно представить в виде

т,=т,А,> (8)

где - относительный момент (или сила) в преобразователе без краевых явлений.

Здесь введен коэффициент влияния поперечного краевого эффекта на

электромагнитный момент (или силу) к

= + (9)

где Ь =а Ь; Хк = ^/р/ - }е ; Ок - коэффициенты разложения.

Исходя из (7) определена крутизна выходной характеристики 2

где

На рисунке 5 представлены результаты расчета по формуле (9). Увеличение числа прорезей (уменьшения Ъ) приводит к увеличению коэффициента поперечного краевого эффекта, а значит, электромагнитного момента. Из проведенных расчетов следует-, что существенное влияние на механические характеристики прорези оказывают, если число прорезей на полюс равно или больше 1 (Ь < 1 или Л^ > 1).

Целесообразно ввести коэффициент, позволяющий оценить влияние прорезей на механическую характеристику

к \

1 п.э.|с прорезями

""прорези ~~ £ 1 ^

п.з. 1беэ прорезей

Этот коэффициент показывает, насколько исполнение прорезей влияет на электромагнитный момент. Например, при значении частоты г = 0,8 и размерах вторичной системы 6 = 0,5т, а - 0,5т и /ц =0,1тг этот коэффициент равен 1,19, т.е. момент при исполнении прорезей увеличивается почти на 20%.

Как видно из механических характеристик ИДЭ с прорезями, их применение наиболее целесообразно для получения большой крутизны при относительно малых частотах вращения (е<1). Для увеличения диапазона рабочих скоростей ротор ИДЭ можно изготавливать двухслойным: один слой выполняется из немагнитного электропроводящего материала, а второй - из магнитного электропроводящего материала. При этом в каждом слое

выполняются прорези с одинаковым шагом. Электромагнитный момент двухслойного ИДЭ приближенно определяется как сумма моментов от каждого слоя. Из полученных выражений следует, что максимальный момент элемента с двухслойным ротором увеличивается в 2 - 3 раза. При малой ширине активной части (а < 1), аналогично характеристикам элементов с однослойным ротором, максимум момента смещается в сторону малых частот и возрастает (до 10%), увеличивается крутизна характеристики.

С целью проверки полученных выражений проведены экспериментальные исследования ряда ИДЭ. Разработаны разработанные стенды для экспериментальных исследований цилиндрических и дисковых демпфирующих элементов. Исследован ряд моделей демпферов с различными геометрическими соотношениями однослойного ротора и количеством прорезей, проведено их сравнение с расчетными кривыми. Результаты эксперимента подтвердили основные теоретические положения.

В четвертой главе разработана обобщенная модель ИДЭ с вторичной системой сложной геометрии с произвольным количеством активных и неактивных зон. Пример возможного исполнения ИДЭ со сложным ротором представлен ранее на рисунке 1. В активных зонах имеется поле и при отсутствии движущейся вторичной среды - поле индуктора или первичное поле. В неактивных зонах первичное поле отсутствует. Известны три возможные геометрии ротора, поэтому всего можно выделить шесть типов зон:

1. активная зона в форме цилиндра;

2. активная зона в форме диска или дискового кольца;

3. активная зона в форме конуса или его части;

4. неактивная зона (вылет) в форме цилиндра;

5. неактивная зона (вылет) в форме диска или дискового кольца;

6. неактивная зона (вылет) в форме конуса или его части.

Для вектора напряженности вторичного магнитного поля Н2 можно получить уравнение второго порядка в частных производных, которое в цилиндрических и дисковых зонах целесообразно записать в цилиндрической системе координат (г,ф,г), а в зонах конической формы - в сферической системе координат (р,<р,Э). Для дальнейшего анализа удобно условно «вытянуть» ротор. На рисунке 6 приведена расчетная схема преобразователя со сложной геометрией, имеющего N зон. Для каждой зоны удобно использовать «локальные» системы координат, а текущую координату в относительных единицах обозначать единообразно Е,. При этом, например, на границе первой и

второй зоны эта координата в первой зоне Е, = , а во второй = Е,®.

Рисунок 6 - Расчетная схема вторичной системы сложной геометрии

Для установившегося режима получены уравнения второго порядка

А'П2~]€р1Н1=]Ер2Н!,

где Д' - безразмерный оператор Лапласа;

Я • Я

Я, = —и Я2 = —- комплексная амплитуда напряженности ЯЕ Яв

первичного и вторичного магнитного поля в относительных единицах. При этом в г -й зоне безразмерная частота

Е(0 = ^бДЕ03 к[>) 01м.м. = ест(0-; Р1 ' ° Б

о

В активных цилиндрических зонах напряженность магнитного поля направлена по оси г, и ее распределение зависит только от г или от

безразмерной координаты =— (1 - номер зоны). При этом координата <~

ограничена $ < < . Напряженность вторичного магнитного поля для таких зон может быть представлена в виде

= С,(,) + С» сЬ + Г«, (12)

где Зс0=-У'^№ ^ -Радиус цилиндрической

301Ш в относительных единицах; Я,^ - относительная напряженность первичного магнитного поля в цилиндрической зоне. В неактивных цилиндрических зонах

- С,(,) зЬ + С2М сЬ (13)

где кр = + ] е^Лс?:2; 4' ~ РадаУс цилиндрического вылета в

кд

относительных единицах. Как указано ранее для этих зон можно принять

Е<"=0.

Из уравнения электродинамики составляющие плотности индуктированных токов для цилиндрических зон:

04)

В активных дисковых зонах напряженность магнитного поля имеет одну составляющую, направленную по оси г, и ее распределение зависит только от г. В относительных единицах

где fé^pf]^- IP(S); Yp{S) - функции Бесселя

•ГСк Re

1-го и 2-го рода порядка р.

При этом координата \ ограничена < Е,^' < .

В зонах типа дисковый вылет напряженность магнитного поля имеет одну составляющую, направленную по оси 2, и ее распределение не зависит от оси г. В неактивных дисковых зонах (вылетах) можно получить

(16)

Плотности токов в дисковых зонах будут иметь радиальные и тангенциальные составляющие

дйЦ^)

(17)

В зоне конуса напряженность магнитного поля направлена по оси 9, и ее распределение зависит только от координаты р

+ + (18)

где

яс

Rс

v = — Jl + ^ ; Э - образующий угол конуса. 2 V sin 0

В зонах типа конический вылет напряженность вторичного поля

(19)

гд

/1е

ÍEl.

sín2e

-i-i

Плотности токов определяются из выражений jp " л i а

б. =-

(20)

Выражения (12) - (19) позволяют в любой зоне напряженность магнитного поля представить в виде следующего общего выражения

#> =++(sw). (21)

Аналогично для активных составляющих (рабочих) плотностей тока

Эти плотности токов являются аксиальными в цилиндрических зонах, радиальными в дисковых зонах и конических зонах.

Неактивная (тангенциальная во всех зонах) плотность токов

б» (5м) - cMfcV C<W)+ Vй (*W) ■ С23)

Используя граничные условия, для определения постоянных интегрирования С„ С2 ... С2,... C2W.„ С2„ можно составить линейную неоднородную систему алгебраических уравнений. Решение полученной системы для определения постоянных интегрирования может быть произведено точными методами исключения либо численными итерационными методами. В цилиндрических активных зонах электромагнитный момент

М® = М • т®

тС max "ljC '

В дисковой зоне электромагнитный момент

u W = м ■ тЧ.

mD max jD

В конической зоне

М^=М -т® тк — '"jX ■

Здесь введены максимальный момент Мти = л А• Rip, а также

да

J

относительные моменты соответствующих активных зон:

Я«

mW=__\с |т

«у

= - (24)

К 4м

Результирующий момент, действующий на сложный ротор, будет определяться суммированием по веем активным зонам

М = (25)

max

£ '

где т.^

Также исследованы электромагнитные переходные процессы в ИДЭ с произвольным количеством активных и неактивных зон, определены эквивалентная постоянная времени вихревых токов и ударный электромагнитный момент.

Кроме того, в результате взаимодействия результирующего магнитного поля с тангенциальной составляющей плотности наведенных токов возникают осевые и радиальные составляющие силы. В работе получены выражения для вычисления сил. Если ротор выполнен электрически симметричным, то результирующая осевая сила равна нулю. В демпферах с вторичной системой сложной геометрии из-за наличия конических и дисковых зон практически не удается обеспечить электрическую симметричность ВС. Наличие осевых сил предполагает их учет при механических расчетах на прочность, выборе подшипников и т.д. С другой стороны, наличие таких сил может быть использовано для стабилизации и регулирования механических характеристик, обеспечения «старт-стопных» режимов за счет осевого сдвига ротора.

В пятой главе разработаны основы теории электромагнитных вибровозбудительных элементов с сосредоточенными параметрами (ЭВВЭсСП).

На рисунке 7 расчетная схема ЭВВЭсСП с поперечно-продольным магнитным полем. В исследуемых вибровозбудительных элементах на участке соответствующем продольному зазору магнитный поток и МДС непрерывно зависят от положения. Однако здесь эта зависимость не является существенной в том смысле, что правильное описание процессов может быть достигнуто с помощью схемы замещения с сосредоточенными параметрами.

Л/'

гР ф/«; 2)а/ Т 2<п,

я,/*. ^Й-сир

Рисунок 7 - Расчетная схема и схема замещения многопериодного ЭВВЭ с поперечно-продольным полем

В соответствии с законами Кирхгофа для магнитных цепей по схеме замещения может быть составлена следующая система нелинейных алгебраических уравнений

Ф<л) + ф}"> = ф[п); фМ + ф<"> = ф<"> •

где

ф(">Я<"> + 2 • Ф^ЧФ^)- 2Ф'6"' ■ Я<п) - ФГ(^"'(Ф^) + 2 • 2Г(Ф2Л))) = 0

}

Здесь - МДС на два полюса или период.

В линейном приближении решение системы (26) можно получить в виде

Ып)

+ 2<л) +2 г™)(г<я) + 2-7^)

у(п) _ „(И) , 7(Л) , 9 . 7(») , к \ 5_^_----

-къ +22 +2

кМа - коэффициент пазового рассеяния, который определяет превышение полного магнитного потока Ф{я) над полезньм потоком .

Остальные потоки определяются через поток в воздушном зазоре .

Для расчета магнитных потоков использован метод последовательных приближений. Полученные соотношения для линейного случая используются в качестве первого приближения. На следующем шаге по найденным потокам уточняются магнитные сопротивления ферромагнитных участков, коэффициенты рассеяния. Далее по полученным выражениям с использованием уточненных значений магнитных сопротивлений получаем второе приближение. Аналогично находится следующее приближение. Итерации прекращают при достижении требуемой точности. Исходную нелинейную систему (26) для магнитных потоков также можно решить численными методами, реализованными в современных математических программных средах.

Схема замещения ЭВВЭ с продольным полем (без зубцов) может быть получена, как частный случай, если разорвать ветвь с сопротивлением зубца. Для этого нужно положить, что магнитные сопротивления зубца и зубцового зазора бесконечно большие, что достигается предположением, что 8, -> °о или

5 = Ь.

Электромагнитная сила на некотором элементе магнитной цепи определяется через магнитную коэнергию, запасаемую во всех элементах схемы замещения. Для электромагнитной силы ЭВВЭ с поперечно-продольным потоком можно получить

Ужсо

\ ■ а /? I • |2 ] • Я'

2 ф, — + Ф —*—Ф I 5 I *' 6-6 1 "> 5

(28)

Анализ зависимостей среднего значения электромагнитной силы от воздушного зазора (тяговых характеристик) показывает, что сила, определенная в линейном приближении, существенно превышает силу, определенную с

учетом насыщения. При этом, если в линейном приближении сила убывает с увеличением зазора, то при учете насыщения сила при некоторых значениях тока в проводе практически постоянна (в данном случае при I от 50 до 200 А). При больших токах сила с увеличением зазора возрастает, что объясняется уменьшением насыщения магнитной цепи. При малых токах в проводе характеристики магнитного материала линейны и зависимость от зазора должна носить типичный для электромагнитов убывающий характер. При сравнении с ЭВВЭ с продольным потоком видно, что электромагнитная сила может быть на 20 - 40 % больше при наличии зубца.

Таким образом, в ЭВВЭ с поперечно-продольным магнитным полем может быть получена электромагнитная сила, практически не зависящая от рабочего воздушного зазора 5 в широком диапазоне изменений последнего. При малых вибрациях, амплитуду и среднее значение электромагнитной силы можно приближенно считать постоянной qmztО) ~ <]жср(х0) = qMCp = const.

дя

расчет

S =1 мм

экспери 5=5 мм /

мент / Л

0 50 100 150 , 200 250 300

Рисунок 8 - Экспериментальные и теоретические характеристики ЭВВЭсСП с поперечно-продольным полем

На рисунке 8 представлены зависимости электромагнитной силы от тока при постоянном воздушном зазоре, рассчитанные для исследуемых образцов, и для сопоставления показаны результаты экспериментальных измерений. Отдельные точки тяговых статических характеристик были сняты при значениях токов в проводе от 0 А до 300 А. Из этих кривых следует, что расчетные формулы дают приемлемые по точности результаты с относительной погрешностью не более 10%.

Уравнение движения подвижного кольца можно представить в виде

У + + со02у = ат cos(2coi + ф), (29)

где у - отклонение от положения динамического равновесия; 8„ - декремент затухания свободных колебаний; ш0 - собственная частота; ат - амплитуда ускорения, обусловленного электромагнитной силой; ф - фаза электромагнитной силы в момент удара при / = 0.

Анализ виброударного режима колебаний в рассматриваемом одномерном случае может быть произведен аналитически с помощью метода припасовывания интервалов при условии независимости вынуждающей силы от положения подвижного кольца.

В интервалах между соударениями при слабом демпфировании (8„<ш0) общее решение имеет вид:

М0 = (С, С05(йсе1 + С2 итшсв!) ■ е~5"' + ут соз(2шг + ф - <р), (30)

где <асв = ^<а0г -5Л2 - частота свободных колебаний; ут - амплитуда вынужденных колебаний; ф - сдвиг фаз; С, и С2 - постоянные интегрирования.

В соответствии со стереомеханической моделью удара взаимодействие соударяющихся тел оценивается теоремой импульсов и коэффициентом восстановления скорости удара кя, а сам удар считается мгновенным. При наличии ограничителя, который расположен на расстоянии <1 от положения динамического равновесия, система становится нелинейной, но между ударами система, как и ранее, описывается линейньм уравнением (29) и его решением (30). Граничные условия в начале интервала

(31)

а в конце

""'уд " 'уд

Таким образом, решение (30), соответствующее установившемуся режиму колебаний, должно удовлетворять граничным условиям (31) и (32). Так может быть получена система из четырех уравнений, однако неизвестными являются пять переменных - две постоянные интегрирования, начальная фаза силы, скорость перед соударением и момент удара. Для выделения какого-либо решения необходимо дополнительное условие, в качестве которого принимают условие, что частота соударений происходит с частотой вынуждающей силы или кратной ей,

Т 2л

где п = 1,2,3... - кратность колебаний.

С учетом последнего условия нелинейная система уравнений является разрешимой. Решение этой системы сводится к определению корней фазового уравнения

зш(ф - <р) - сов(ф - ср)Ж' = ——Ж' (33)

Ут

где ИР «V

\-кк( -кяе2^"

5т27г^,и 1 + Лл

-с08271£,и

2ю' 2©"

Решение фазового уравнения (33) методом введения вспомогательного аргумента дает два возможных режима, которые определяются фазой силы в момент удара.

При определении виброударных режимов необходимо использовать дополнительные геометрические и динамические условия существования режима, например, при установке ограничителя в зазоре должно быть у > с1 и у_ < 0. Необходимо отметить, что при условии отсутствия трения рассматриваемая схематизация виброударного преобразователя может быть приведена к модели Русакова-Харкевича.

Убо,

0,1

-0,1

•X /1

.3 "*" V

/ \ /\ / \

--- \ С____V-

я ----

-Л \ -< \

\ V \

^0,9 8*=0,1 ая=0,1

ш0=0,8 ¿=0,02 <¡>2=152,1°

шГ

2%

Рисунок 9 - Зависимость положения ударника от времени

На рисунке 9 даны типичные зависимости изменения координат и скоростей подвижной части. Здесь кривая 1 представляет ударные колебания, а кривая 2 - установившиеся безударные колебания. Кривая 3 показывает изменение скорости в виброударном режиме. Прямая 4 показывает положение ограничителя. Виброударный режим при этом характеризуется значительным увеличением размаха колебаний. Проведенные расчеты позволяют сделать следующий вывод: положение ограничителя оказывает значительное влияние на амплитуду колебаний. Размах вибраций может быть увеличен в 2-3 раза.

В шестой главе разработаны и исследованы математические модели электромеханических процессов в электромагнитных вибровозбудительных элементах с распределенными параметрами (ЭВВЭсРП). Схема замещения магнитной цепи ЭВВЭсРП при разбиении на п участков может быть представлена в следующем виде (рисунок 10).

'п-1

-СПЬ

СУ

'5 л

П I

| Ф* гЬп-1 \

п-1

' £2

Рисунок 10 - Схема замещения ЭВВЭ

Для определения электромагнитной силы необходимо получить магнитные потоки в элементах, соответствующих воздушному зазору между пластинами: Фы, Ф52, ... Ф8п. При больших МДС и малых рабочих зазорах необходимо учитывать насыщение некоторых участков магнитной цепи, т.е. нелинейную характеристику магнитного сопротивления ферромагнитных участков. При равномерном разбиении на участки система нелинейных уравнений будет следующей:

Ф„[ХЯ(Ф„) + 2г(Ф„) + Г5] -Ф„„,г5 = Р;

2Ф,

1 +

г(Фк)

(34)

2Ф,

1 +

7(Ф,)

= Ф,

Решение этой системы уравнений может быть получено только численными методами. Аналогично ЭВВЭ с сосредоточенными параметрами для решения этой системы используется метод последовательных приближений. По найденном магнитным потокам получена линейная плотность электромагнитной силы {)эм1, которая определяет интенсивность нагрузки пластин вибровозбудительного элемента:

.Чэш I2 гь Ь п

' // "г' Ъ(,кЪ\1 /п IЬ +

&

(35)

Так как сила на участке и длина участка с увеличением к уменьшаются обратно пропорционально я, то Q3Mk будет приближаться к некоторому предельному значению при увеличении числа участков.

Кроме того, при малых вибрациях пластин, и, следовательно, малых изменениях воздушного зазора, силу можно считать примерно постоянной. Проведенные расчеты показывают, что при изменении рабочего зазора в пределах 5%, изменение силы, определенное с учетом насыщения, составляет не более 7%.

Линейная плотность электромагнитной силы на каждом участке определяется (35). При этом также при вычислении потоков предполагается, что воздушный зазор не меняется и равен среднему значению = const.

Поперечное динамическое перемещение уе определяется из решения уравнения колебаний пластин:

( \

1

рЯ м

1

сов(2 Ш-%)

(36)

Р' ^-4ш2)2+(4 ЛО)

г г

где а, = |х,2(;ф!х:; ¡3, = ]бэм(х,5)-Х,(х)-с/х - коэффициенты разложения

о о

линейной плотности электромагнитной силы в ряд по собственным функциям.

Выражение (36) позволяет получить значение смещения некоторой точки пластины вибровозбудителя в зависимости от времени. Как видно, любая точка пластины испытывает некоторое постоянное смещение (рабочий зазор при этом уменьшается) и колеблется с двойной частотой сети 2оз. Усредненные колебания пластины

^„СО = -Е4- Л- С0в(2а>/ -х). р5 ы а,р.

(37)

Р|

р5м(Х'л/(д2-4ш2) +(40ш)2 ; ' 1 о

к$, дБ О

\=17\х,{х)с1х.

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 М

Рисунок 11 - Экспериментальные и расчетные кривые коэффициент ослабления/величина фиксированной части пластин: 1 - расчет; 2 - эксперимент

Бесконечная сумма в полученном выражении заменяется конечной, так как члены ряда достаточно быстро уменьшаются. При проведении расчетов было определено, что уже при количестве членов ряда равным 5, получается достаточная точность, и в увеличении количества членов ряда более 5 нет необходимости.

При фиксации части пластии обрабатываемой средой амплитуда

колебаний пластин Л2а уменьшается, то целесообразно ввести следующее отношение

к, = (38)

где ~~ амплитуда вибраций при отсутствии гололеда.

На рисунке 11 представлены экспериментальные и расчетные зависимости коэффициента ослабления от величины фиксированной части пластин И при различных рабочих зазорах и фиксированной МДС. Ряд проведенных расчетов показал, что зависимость коэффициента ослабления от И практически не изменяется при изменении величины воздушного зазора и МДС. В то же время величина зазора и МДС определяют максимальную амплитуду вибраций АЪл |л_о. Результаты экспериментальных исследований

подтверждают достоверность принятых допущений и разработанных математических моделей ЭВВЭ с распределенными параметрами.

В заключении формулируются основные научные результаты и выводы диссертационной работы.

В приложении приводятся выводы формул, результаты и программы для расчетов, акты об использовании и внедрении результатов работы на предприятиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Диссертационная работа является результатом теоретических и экспериментальных исследований автора в области разработки высокоэффективных электромеханических вибрационных элементов систем управления и автоматики за период 1996 - 2011 гг. Работа выполнялась в рамках тем и грантов на НИР и НИОКР кафедры электромеханики УГАТУ.

Основная научная и практическая значимость работы состоит в развитии и обобщении теории, создании совокупности обобщенных математических моделей ЭМВЭ, разработке научно обоснованных технических решений, совокупность которых позволяет осуществить решение научной проблемы создания высокоэффективных элементов систем управления, имеющей важное значение для ряда отраслей экономики.

1. Разработана совокупность математических моделей ИДЭ с вторичной системой сложной структуры для исследования и расчета основных характеристик в установившихся периодических и переходных режимах. Проведены теоретические и экспериментальные исследования характерных установившихся периодических и динамических режимов ИДЭ. Получены аналитические выражения для расчета электромагнитных сил и моментов с учетом изменения скорости движения ВС.

Показано, что в установившемся периодическом режиме среднее значение момента ИДЭ меньше момента в режиме движения с постоянной скоростью. Для уменьшения среднего момента при любой безразмерной частоте 8 не более чем на 5% относительная угловая скорость ВС должна быть не менее 6 (ш* > 6);

если относительная угловая скорость составляет не менее 3 (ш*>3), то уменьшение момента будет не более 10%.

Показано, что в воздушном зазоре ИДЭ с прорезями в ВС, кроме основной гармоники, возникают высшие гармоники вторичного магнитного поля. Максимальное значение потока от высших гармоник достигается при шаге прорезей, равном двойному полюсному делению, и может достигать 30% от первичного потока.

Установлено, что для увеличения электромагнитного момента необходимо совместное выполнение во вторичной системе прорезей и вылетов. В зависимости от количества прорезей увеличение величины вылетов более 15-20% от полюсного деления не изменяет механические характеристики, что существенно меньше, чем в ИДЭ с однородной вторичной системой без прорезей.

Установлено, что выполнение более одной прорези на полюс существенно изменяет механические характеристики: максимальный момент сдвигается в сторону меньших частот и в 1,4-5-1,6 раза возрастает крутизна характеристики. На линейном участке механической характеристики при условии, что полуширина ВС не превышает полюсного деления (а<г), электромагнитный момент может быть увеличен до 30%.

2. Разработана обобщенная математическая модель ИДЭ с вторичной системой сложной геометрии с произвольным количеством активных и неактивных зон различной геометрии, позволяющая реализовать универсальный метод расчета. Проведены теоретические исследования установившихся и динамических режимов, разработаны алгоритмы расчета электромагнитных сил и моментов ИДЭ.

Показано, что распределение магнитного поля в ИДЭ с вторичной системой сложной геометрии существенным образом зависит от количества и типа зон, их геометрических размеров. Механическая характеристика ИДЭ с ВС сложной геометрии имеет характерный для индукционных преобразователей экстремальный вид с начальным практически линейным участком.

Установлено, что электромагнитная постоянная времени и электромагнитный момент в переходном режиме могут быть определены через напряженность вторичного поля и относительный момент в установившемся режиме. На основании этого разработан новый универсальный алгоритм расчета электромагнитных переходных процессов в ИДЭ с ВС, содержащей произвольное количество зон различной геометрии.

Установлено, что при мгновенном разгоне ВС возрастание электромагнитного момента при безразмерной частоте е<3 апериодическое, а при б>3 момент достигает максимума, а затем колебательно приближается к установившемуся значению. Ударный момент превышает установившийся в 2 - 5 раз.

3. Разработаны электромагнитные вибровозбудительные элементы нового класса, отличительными признаками которых являются возбуждение от прямолинейного проводника с током и колебательное движение в переменном магнитном поле. Разработаны математические модели электромагнитных и электромеханических процессов и созданы теоретические основы для

разработки и использования ЭВВЭ нового класса. Получены аналитические выражения, подтвержденные экспериментально, которые позволяют проводить разработку ЭВВЭ с требуемыми параметрами и характеристиками.

Выявлены основные соотношения и закономерности, характеризующие электромагнитную подсистему ЭВВЭ, в частности

• показано, что характеристики ЭВВЭ определяются нелинейными свойствами магнитной цепи: не учет насыщение магнитной цепи ЭВВЭ характерных геометрических размеров при МДС /'>50 А и рабочем зазоре 5<2 мм приводит к погрешности в определении силы в 1,2 - 2,4 раза;

• показано, что в ЭВВЭсСП с поперечно-продольным магнитным полем электромагнитная сила всегда больше, чем в ЭВВЭ с продольным полем;

• показано, что в многопсриодном ЭВВЭсСП с п пазами максимально возможная сила в и2 раз меньше, чем в однопериодном электромагнитном вибровозбудителе;

• установлено, что в ЭВВЭ с сосредоточенными и распределенными параметрами при вибрациях и изменении зазора в пределах 5% от начального, среднее значение силы можно считать постоянным (расхождение не более 7%).

Показано, что при определенном рабочем воздушном зазоре, величина которого зависит от МДС, достигается максимальный уровень вибраций.

Установлено, что в ЭВВЭ с сосредоточенными параметрами амплитуда установившихся безударных колебаний составляет менее 10% от первоначального зазора. Наличие ограничителя позволяет увеличить максимальный размах колебаний на 20-40%.

Установлено, что колебания пластин ЭВВЭсРП практически отсутствуют, если фиксируется более 60% длины пластины. Расчетный коэффициент ослабления колебаний определяется величиной фиксированной части пластин и практически не зависит от величины МДС и воздушного зазора.

4. Предложены оригинальные конструкции ЭМВЭ с улучшенными техническими характеристиками и уменьшенными массогабаритными показателями, разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований, защищенные патентами РФ [23 - 33].

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований и новых образцов ЭМВЭ внедрены и используются в промышленности, в научно-исследовательской работе и учебном процессе кафедры электромеханики УГАТУ. Разработаны испытательные стенды, опытные и макетные образцы, выполнены экспериментальные исследования. Разработаны инженерные методики расчета и проектирования ЭМВЭ, программное обеспечение для расчета демпфирующих и вибровозбудительных элементов, которое используется при автоматизированном проектировании ЭМВЭ.

Применение разработанных математических моделей, методик и цргарамм для расчета и проектирования ЭМВЭ на промышленных предприятиях позволило повысить качество и скорость проектирования, уменьшил, на 5 -12% массогабаритные показатели специальных электромеханических преобразователей.

Установлено, что экспериментальные характеристики ЭМВЭ совпадают с расчетными в установившихся режимах с погрешностью не более 10% и в переходных режимах - не более 30%, что подтверждает достоверность математических моделей ЭМВЭ.

Таким образом, в диссертационной работе решена научная проблема, имеющая важное отраслевое и хозяйственное значение, направленная на развитие теории и разработку научно обоснованных новых технических решений ЭМВЭ систем управления.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ В рецензируемых з/сурналах из списка ВАК

1. Саттаров, P.P. Исследование вихретокового датчика для поверхностей сложной геометрии / ИХ Хайруллин, ФР. Ишагалов, PP. Сатаров // Приборы и системы управления. -1999. -№ 2. - С. 26-27. (Личный вклад 1^м*пл.)

2. Саттаров, P.P. Электромагнитные демпферы с продольными прорезями полого ротора/ФР.Истгшюв, PP. С&п^в//Электротехника. 2000,—№8.-С. 28-29. (Личный вклад 1,5 м/п л.)

3. Саттаров, P.P. Управляемый демпфер с прорезями в двухслойном роторе в устройствах мехатронных систем / И.Х. Хайруллин, Ф.Р. Исмагилов, P.P. Саттаров//Мехатроника.-2001.-№6.-С.43-44. (Личныйвклад2м/пл.)

4. Саттаров, P.P. Математическое моделирование процессов в электромагнитном вибрационном преобразователе / ФР. Исмагшюв, ИХ Хайруллин, PP. Сатиров, ЛЖ Вафин // Весшик УГАТУ: науч. жура Уфимск гос. ашац. техн. ун-та. -2004. - Т5. - №2(10). - С. 99-103. (Личный вклад 4 Mfri л.)

5. Саттаров, P.P. Исследование электромагнитных процессов в вибрационных электромеханических преобразователях / ФР. Ишагалов, P.P. Саттаров, A.B. Трофимов // Вестник УГАТУ: науч. ядра Уфимск. гос. авиац техн. ун-та. -2006. - Т.7. - №1( 14). - С. 160-165. (Личный вклад 4 м/п л.)

6. Саттаров, P.P. Вибрационный электромеханический преобразователь для сигнализатора гололедообразования на линиях электропередач / Ф.Р. Исмагилов, P.P. Саттаров, Л.Ш. Вафин //Весшик УГАТУ: науч. жури. Уфимск. гос. авиац техн. ун-та. - 2006. - Т.7. - №2(15). - С. 108-114. (Личный вклад5м/пл.)

7. Саттаров, P.P. Исследование установившегося режима синхронного генератора возвратно-поступательного движения / PP. Саттаров, НЛБабикова, Е.А. Полихач //Вестник УГАТУ: науч. журн. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та -2007.-Т.9. -№6(24).-С. 194-199. (Личный вкладбм/пл.)

8. Саттаров, P.P. Электромагнитные процессы в электромеханических демпфирующих элементах / ФР. Исмапшов, PP. Саттаров // Электричество. - 2008. -№10.-С. 46-52. (Личный вклад 8 м/п л)

9. Саттаров, P.P. К вопросу о классификации линейных электрических генераторов / P.P. Саттаров, Н.Л. Бабикова, Е.А. Полихач // Вестник УГАТУ: науч. жура Уфимск. гос. авиац техн. ун-та. - 2009. - Т.12. -№2(31). - С. 144-149. (Личный вкпад5м/пл.)

10. Сатгаров, P.P. Исследование магнитной цепи синхронного магнитоэлектрического генератора возвратно-поступательного движения для мобильной аппаратуры / PP. Сапаров, ФР. Исмшилов, HJI Бабикова // Веспшк С^шовос гос. техн. ун-та -2009.-Вып2.-№ 2(39).-С. 78-86. (Личный вклад 6m4iä)

11. Саттаров, P.P. Разъединитель наружной установки для работы в гололёдных условиях / КШ. Афанасьев, PP. Исмагалов, ДЮ.Пашали,Р.Р. Сатгаров // Энергетик. -2009. -№10. -С. 13-14. (Личный вклад 1м/п л.)

12. Саттаров, P.P. Общий метод расчета электромагнитных демпферов с распределенной вторичной системой сложной геометрии / PP. Сапаров, ФР. Исмагилов // Электричество. - 2010. -№5. - С. 37-43. (Личный вклад 10 м/п л.)

13. Сатгаров P.P., Исмагилов Ф.Р. Периодические режимы в электромагнитных вибрационных преобразователях / P.P. Саттаров, ФР. Исмагилов // Вестник УГАТУ: науч. журн. Уфимас гос. авиац. техн. ун-та - 2010. - Т. 14. -№1(36). - С. 50-55. (Личный вклад 8 м/п л.)

14. Сатгаров PP., Исмапшов ФР. Исследование виброударного режима в электромеханических реактивных преобразователях / PP. Сатгаров, ФР. Исмапшов //Известия ВУЗов. Элеюромеханика -2010. -№2. -С23-27. (Личный вклад 8 м/п л.)

15. Саттаров, P.P. Исследование влияния реверса на электромагнитный момент электромеханических демпфирующих элементов / P.P. Саттаров // Электричество. - 2010. - №8. - С. 67-71.

16. Саттаров, P.P. Поперечный краевой эффект в индукционных электромеханических преобразователях с анизотропной проводящей немагнитной вторичной системой / P.P. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов // Вестник УГАТУ: науч. журн. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. - 2011. - Т.15. - №1(41). - С. 127-133. (Личный вклад 8 м/п л.)

17. Саттаров, P.P. Механические характеристики электромагнитных демпфирующих элементов с двойным ротором/ P.P. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов, М.Б. Гумерова // Вестник ЮУрГУ: науч. журн. Южно-Уральск. гос. ун-та. Серия «Энергетика». -Вып. 14. - 2010. - №32(208). - С. 59-63. (Личный вклад Зм/пл.)

18. Саттаров, P.P. Математическое моделирование динамических режимов электромагнитных демпфирующих элементов/ Ф.Р. Исмагилов, P.P. Саттаров, М.Б. Гумерова //Вестник УГАТУ: науч.журн.Уфимск. гос.авиац.техн. ун-та. - 2010. -Т. 14. -№5(40). - С. 86-90. (Личный вклад 5 м/п л.)

19. Саттаров, P.P. Метод вихретокового контроля геометрии тонкостенных проводящих тел вращения / P.P. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов, И.Х. Хайруллин, Д.Ю. Пашали // Технология машиностроения. - 2011. - Ж4, -С. 54-58. (Личный вклад 4 м/п л.)

Монографии иучебные пособия

20. Сатгаров, P.P. Электромеханические преобразователи для вибрационной техники / Ф.Р. Исмагилов, P.P. Саттаров. - М.: Машиностроение, 2008.-276 с.

21. Теория электромеханических демпфирующих преобразователей с распределенными параметрами / P.P. Саттаров [и др.]. - М.: Машиностроение, 2010.-327 с.

22. Электромеханические демпфирующие преобразователи с распределенными параметрами : учебное пособие / P.P. Сатгаров [и др.]. -Уфа : Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2009. - 242 с.

Патенты

23. Электромагнитный вибратор : пат. 2247464 Рос. Федерация : МКИ H 02 К 33/04,33/16, H 01 F 7/14, В 06 В 1/04 / Хайруллин И.Х., Исмагилов Ф.Р., Сатгаров P.P., Трофимов А.В., Терегулов Т.Р. - № 2003104755/09 ; заявл. 17.02.2003 ; опубл. 27.02.2005, Бюл. №6.-5 с.

24. Электромагнитный вибратор ; пат. 2251196 Рос. Федерация : МКИ H 02 К 33/00, 33/14, В 06 В 1/04 / Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Сатгаров P.P., Трофимов А.В., Полихач Е.А. - № 2003131555/11 ; заявл. 27.10.2003 ; опубл. 27.04.2005, Бюл. № 12. - 5 с.

25. Устройство для очистки проводов линии электропередач : пат. 2309505 Рос. Федерация : МКИ H02G 7/16 / Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Сатгаров P.P., Столяров Д.М. - № 2006111691/09 ; заявл. 10.04.2006 ; опубл. 27.10.2007, Бюл. № 30. - 6 с.

26. Электромагнитный вибратор (варианты) : пат. 2361352 Рос. Федерация : МПК Н02К 33/04 / Саттаров P.P., Исмагилов Ф.Р., Бабикова Н.Л. -№ 2008108662/09 ; заявл. 05.03.2008 ; опубл. 10.07.2009, Бюл. № 19. - 8 с.

27. Преобразователь линейных ускорений : пат. 2363003 Рос. Федерация : МПК G01P 15/11/ Саттаров P.P., Бабикова Н.Л. - № 2008109702/28 ; заявл. 11.03.2008 ; опубл. 27.07.2009, Бюл. № 21. - 8 с.

28. Управляемый магнитоэлектрический тормоз: пат. 2365022 Рос. Федерация : МПК Н02К 49Д)4, НОЖ 49/10 / Саттаров PP., Огуречникова ИА, Гумерова МБ.-№2008108248/09 ; заявл. 03.032008 ; опубл. 20.082009,Бюл. №23.-6 &

29. Устройство для очистки проводов линий электропередач : пат. на полезную модель 93184 Рос. Федерация : МПК H02G 7/16 / Саттаров Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Алмаев М.А. - №2009142495/22 ; заявл 17.11.09 ; опубл. 20.04.2010, Бюл. №11.-8 с.

30. Сигнализатор гололедных отложений (варианты) : пат. 2409881 Рос. Федерация : МПК H02G 7/16 / Саттаров P.P., Хайруллин И.Х., Алмаев М.А. -№ 2008153016/07 ; заявл. 31.12.2008 ; опубл. 10.07.2010, Бюл. № 19. - 8 с.

31. Самоходное устройство для движения внутри трубопровода : пат. на полезную модель 96091 Рос. Федерация : МПК B62D 57/00 / Сатгаров P.P., Исмагилов Ф.Р., Алмаев М.А., Гареев А.Ш. - №2010112337/22 ; заявл. 30.03.2010 ; опубл. 20.07.2010, Бюл. №20.-6 с.

32. Генератор : пат. 2402142 Рос. Федерация : МПК Н02К 35/02 / Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Сатгаров P.P., Риянов Л.Н. - 2009141460/09 ; заявл. 09.11.2009 ; опубл. 20.10.2010, Бюл. № 29. - 5 с.

33. Провод линии электропередачи : пат. на полезную модель 103222 Рос. Федерация : МПК H0IB5/08 / Хайруллин И.Х., Сатгаров P.P., Исмагилов Ф.Р., Шартдинова Ю.Ф. - №2010143262/07 ; заявл. 21.10.2010 ; опубл. 27.03.2011, Бюл. №9. - 6 с.

Свидетельства о государственной регистрации программ

34. Расчет электромеханических демпферов с распределенной вторичной средой : св-во о гос. per. прогр. для ЭВМ 2009616564 Рос. Федерация / Саттаров P.P., Исмагилов Ф.Р., Валеев А.Р., Волкова Т.А. -Зарегист. 26.11.2009.

35. Расчет электромагнитных процессов в индукционных демпферах : св-во о гос. per. ирогр. для ЭВМ 2010612327 Рос. Федерация / Сатаров P.P., Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Валеев А.Р., Пискунова Е.В. - Зарегист. 30.03.2010.

36. Статические характеристики электромагнитных вибраторов с сосредоточенными параметрами : св-во о гос. per. проф. для ЭВМ 2010612328 Рос. Федерация / Саттаров P.P., Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Валеев А.Р., Хайруллина Е.И. - Зарегист. 30.03.2010.

В других изданиях

37. Определение положения проводящего тела в бегущем магнитном поле / Исмагилов Ф.Р., Саттаров P.P., Мухин М.А. // Аэрокосмическое приборостроение в России. Серия 2. Авионика. - Вып. 3. - 1999. - С.33-38.

38. Двигатель с разделенными магнитопроводами фаз / Ф.Р. Исмагилов, PP. Сатаров, AJ3. Трофимов // Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2001. - ТомП.-С. 184-186.

39. Динамические процессы в электромагнитных демпферах при гашении энергии колебаний / И.Х. Хайруллин, P.P. Саттаров, В.А. Папершок / Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский сб. науч. трудов. -Уфа: Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2001. - С. 19-24.

40. Электромагнитные процессы в линейном вибраторе с возбуждением от провода / PP. Саттаров, АБ. Трофимов ; под ред. СЛЛукьянова, ДБ. Швидченко // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - вып.9. - С. 160-162.

41. Экспериментальные исследования виброакустических сигнализаторов гололедообразования на ЛЭП / P.P. Саттаров, Л.Ш. Вафин, P.P. Нугуманов, И.Ш. Кашбуллин // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: Межвузовский сб. науч. трудов. - Уфа : Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2005. - С. 196-199.

42. Исследование вибрационных сигнализаторов гололедообразования на линиях электропередач / Ф.Р. Исмагилов, И.Х. Хайруллин, P.P. Саттаров, Л.Ш. Вафин; под. ред. Ю.В. Гуляева // Известия Академии инженерных наук им. А.М.Прохорова. - Юбилейный 15 тал, посвященный 100-лсгшо со дам рождения AM Бамдрса и ЮЛ Мукосеева - Москва - Н. Новгород: НГТУ, 2005. - Т.15. - С289-292.

43. Математическое моделирование виброударных линейных электромеханических преобразователей / P.P. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов // Фундаментальные исследования. - 2006. -№9. - С. 78-79.

44. О развитии конструкций синхронных машин / P.P. Саттаров, Н.Л. Бабикова, Е.А. Полихач II Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСИНТЕХ-2007»: Материалы Всероссийской научной конференции в 2 ч. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2007. - 4.2. - С. 59-62.

45. Установившийся режим колебаний в электромагнитных демпферах / Р.Р. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов, Н.Л. Бабикова // Успехи современного естествознания. - 2007. -№ 12. - С. 117-119.

46. Исследование новых конструкций индукторов магнитоэлектрических машин / P.P. Сатгаров, Ф.Р. Исмагилов, Е.А. Полихач // Успехи современного естествознания. - 2007. - № 12. - С. 119-120.

47. Элементарная электрическая машина возвратно-поступательного движения / P.P. Сатгаров, H.J1. Бабикова // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: Межвузовский сб. науч. трудов. -Уфа: Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2008. - С. 233-239.

48. Исследование электромеханических дисковых демпферов с анизотропной вторичной средой / Р.Р. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов // КСИТ-2008: материалы международной 10й научно-технической конференции. - Т.2. -Анталия - Уфа : Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2008. - С. 112-115. (опубл. на англ. языке)

49. Компьютерное моделирование установившегося виброударного режима в электромеханических преобразователях / Ф.Р. Исмагилов, P.P. Саттаров, М.А. Алмаев // КСИТ-2009: Материалы международной научно-технической конференции. - Т.З. - Крит - Уфа : Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2009. - С. 15-17. (опубл. на англ. языке)

50. Исследование электромеханических преобразователей для виброударных систем / P.P. Сатгаров // Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем «DYVIS-2009»: Сборник трудов XVI Симпозиума. -Москва - Звенигород: Институт машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, 2009.-С. 301-306.

51. Моделирование переходных процессов при гашении колебаний электромагнитным демпфером / P.P. Саттаров, Т.Р. Терегулов, М.Б. Гумерова // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. -Уфа : УГАТУ, 2009. - С. 117-122.

52. Современные конструкции электромагнитных демпфирующих элементов с улучшенными механическими характеристиками / Ф.Р. Исмагилов, Р.Р. Сатгаров, В.Е. Вавилов, М.Б. Гумерова // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010»: Материалы Международной научной конференции: в 3 т. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2010. - Т.2. - С. 29-30.

53. Расчет и визуализация распределения вихревых токов / Р.Р. Саттаров, М.Г. Панин // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Материалы Международной научно-технической конференции.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - Выпуск 5. - С. 124 - 127.

54. Управляемый магнитоэлектрический тормоз / P.P. Саттаров, М.Б. Гумерова // Изобретатели - машиностроению: «Машиздат». - Выпуск 3(78). — 2011. - С.25.

55. Исследование электромагнитного поля в линейных магнитоэлектрических генераторах возвратно-поступательного движения / PP. Сатиров, RJL Бабикова, Б.С.Крымов // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Сборник научных трудов IV Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург УрФУ, 2011. - С. 364-368.

САТТАРОВ Роберт Радилович

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ВИБРАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (развитие теории, разработка и исследование)

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 24.09.2011. Формат 60x84 1/16 Бумага оберточная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 2,0. Уч. - изд. л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ № 334.

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Редакционно-издательский комплекс УГАТУ 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

Введение

ГЛАВА 1. Электромеханические вибрационные преобразователи и методы их исследования.

1.1 Электромеханические вибрационные элементы систем управления и требования к ним.

1 2 Индукционные демпфирующие элементы и их классификация.

1.3 Анализ конструктивных схем электромагнитных вибровозбудительных элементов.

1.4 Методы анализа и исследования индукционных и электромагнитных вибрационных элементов.

Выводы.

ГЛАВА 2. Периодические режимы в индукционных демпфирующих элементах.

2.1 Динамические режимы работы индукционных демпфирующих элементов.

2.1.1 Математическая модель электромеханических процессов.

2.1.2 Режим вынужденных колебаний ротора.

2.1.3 Режим свободных колебаний.

2.1.4 Действие постоянной внешней силы.

2.1.5 Приближенная оценка динамических процессов при линеаризации механической характеристики.

2.2 Аналитическое решение для заданного режима изменения скорости.

2.3 Электромагнитные процессы для характерных законов движения.

2.3.1 Режим движения с постоянной скоростью.

2.3.2 Режим мгновенного изменения направления вращения.

2.3.3 Режим гармонического изменения скорости.

2.4 Механические характеристики.

Выводы.

Глава 3. Влияние структуры и геометрии вторичной системы на характеристики индукционных демпфирующих элементов.

3.1 Постановка задачи и расчетная схема.

3.2 Вторичное электромагнитное поле.

3.2.1 Напряженность магнитного поля.

3.2.2 Плотности вихревых токов.

3.3 Высшие гармоники вторичного магнитного поля в воздушном зазоре.

3.4 Электромагнитный момент и механические характеристики.

3.4.1 Механические характеристики ИДЭ с однослойной ВС.

3.4.2 Механические характеристики ИДЭ с двухслойной ВС.

3.4.3 Оценка влияния структуры и геометрии вторичной системы на механические характеристики.

3.5 Экспериментальные исследования.

3.5.1 Способ экспериментального определения электромагнитного момента.

3.5.2 Экспериментальное определение механических характеристик.

Выводы.

ГЛАВА 4. Обобщенная математическая модель индукционных демпирующих элементов с ВС сложной геометрии.

4.1. Постановка задачи исследования.

4.2. Анализ электромагнитных процессов в установившемся режиме.

4.2.1 Определение плотности токов и напряженности магнитного поля.

4.2.2 Определение постоянных интегрирования.

4.3 Электромагнитные переходные процессы.

4.3.1 Определение плотности токов и напряженности магнитного поля.

4.3.2 Определение электромагнитной постоянной времени.

4.4 Относительные механические характеристики.

4.4.1 Общие подходы к расчету электромагнитного момента.

4.4.2 Электромагнитный момент в установившемся режиме.

4.4.3 Электромагнитный момент в переходном режиме.

4.5 Реализация алгоритма и анализ полученных решений.

Выводы.

ГЛАВА 5. Электромагнитные вибровозбудительные элементы с сосредоточенными параметрами.

5.1 Основные допущения и расчетная схема.

5.2 Схемы замещения и определение электромагнитных сил.

5.2.1 Магнитная цепь однопериодного электромагнитного вибровозбудительного элемента.

5.2.2 Магнитная цепь многопериодного электромагнитного вибровозбудительного элемента.

5.2.3 Определение электромагнитной силы.

5.3 Режим установившихся колебаний.

5.3.1 Постановка задачи и допущения.

5.3.2 Безударные колебания.

5.3.3 Виброударный режим.

Выводы.

ГЛАВА 6. Электромагнитные вибровозбудительные элементы с распределенными параметрами.

6.1 Анализ электромагнитной подсистемы.

6.1.1 Общие положения и основные допущения.

6.1.2 Линейная модель электромагнитных процессов.

6.1.3 Учет нелинейности магнитной цепи.

6.1.4 Результаты численного анализа.

6.2 Режим установившихся колебаний вибровозбудителя с распределенными параметрами.

6.3 Экспериментальные исследования.

6.3.1 Экспериментальная установка.

6.3.2 Исследование электромагнитной подсистемы.

6.3.3 Экспериментальное исследование установившегося колебательного режима.

Выводы.

Актуальность. Практически во всех отраслях промышленности для существенного повышения интенсивности и эффективности технологических процессов, например, гранулирования, сушки, растворения и т.д., в настоящее время используется вибрация. Вместе с тем в ряде случаев вибрация приводит к вредным воздействиям, как на технологические процессы, так и на человека. Поэтому следует обеспечивать контроль и при необходимости снижение уровня вибрации. В системах управления (СУ) для возбуждения вибраций, их гашения или измерения могут быть использованы технические устройства с различным принципом действия, однако наиболее перспективно применение электромеханических элементов, которые обладают простотой, большой надежностью и универсальностью.

В СУ вибрационными и колебательными механизмами и устройствами широко используются электромеханические вращающиеся преобразователи совместно с механическими, обеспечивающими преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот. Растет интерес и область применения электромеханических вибрационных элементов (ЭМВЭ) без промежуточных преобразований, что существенно повышает качество и эффективность технологических процессов, снижает энергопотребление и повышает экологичность производства.

В нашей стране и за рубежом интерес к разработке вибрационных электромеханических элементов продолжает расти. Среди ученых-исследователей этого направления можно назвать Москвитина А.И., Laithwaite E.R., Ряшенцева Н.П., Ходжаева К.Ш., Свечарника Д.В., Соколова М.М., Овчинникова И.Е., Веселовского О.Н., Лопухину Е.М., Коняева А.Ю., Сарапулова Ф.Н., Boldea I., Nasar S.A., Хитерера М.Я., Шымчака П. и др. Благодаря их усилиям создано большое количество разнообразных электромеханических преобразователей с колебательным движением, используемых в СУ вибрационными устройствами и процессами.

Рост области применения регулируемых вибрационных процессов и увеличение их интенсивности приводит к повышению требований к исполнительным элементам - демпфирующим элементам (ДЭ) и вибровозбудительным элементам (ВВЭ). Для удовлетворения повышенных требований к ЭМВЭ необходимо разрабатывать высокоэффективные элементы с улучшенными техническими характеристиками и уменьшенными массогабаритными показателями.

ЭМВЭ работают в установившихся периодических и динамических режимах, а их вторичная система (ВС) имеет сложную структуру и геометрию, что приводит к ярко выраженным краевым эффектам. Поэтому при анализе и проектировании ЭМВЭ использование положений известной теории вращающихся и линейных электромеханических преобразователей не всегда обеспечивает требуемую точность.

Следовательно, развитие общей теории ЭМВЭ с целью разработки на её основе новых конструкций вибрационных элементов систем управления и совершенствование существующих является актуальной научно-технической проблемой.

Основание для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена на кафедре «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета в рамках:

- тематического плана научно-исследовательских работ (2006-2008 гг.) по заданию Федерального агентства по образованию, по теме «Исследование электрофизических и электромеханических процессов в системах электрооборудования авиационно-космической техники»; проекта «Исследование процессов энергопреобразования в электромеханических колебательных системах с распределенной вторичной средой» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» Министерства образования и науки РФ и Федерального агентства по образованию.

- госбюджетных НИР:

• математическое моделирование и исследование электромеханических систем и элементов для автономных объектов (2002 -2005 г.);

• исследование электрофизических процессов в перспективных элементах и системах электрооборудования авиационной космической технике (2003 - 2008 г.);

- хоздоговорных НИР:

• исследование и разработка перспективной системы зажигания с микропроцессорным управлением для снегоходов типа «Буран», «Тайга» (2003 г., тема АП-ЭМ-09-03 ХГ);

• разработка конструкторской документации, изготовление опытного образца испытательного стенда для авиационных стартер-генераторов ГС-12, ГС-12ТО (2004 г., тема АП-ЭМ-02-04-ХГ);

• исследование и разработка асинхронных двигателей АИМ-А56, 63, 71, 80, 100 с уменьшенными массогабаритными показателями (2004 г., тема АП-ЭМ-10-04ХГ);

• разработка стенда для экспериментальных исследований и испытаний приводов электротранспорта (2005 г., тема АП-ЭМ-21-05 ХГ);

• разработка программируемой микропроцессорной системы зажигания для снегохода «Рысь» взамен БСЗ-2, снегохода «Буран» и «Тайга» взамен БСЗ-4 (2006 г., тема АП-ЭМ-06-06 ХГ);

• разработка двигателей с высотой оси вращения 71 и 80 мм для атомных электростанций (2006 г., тема АП-ЭМ-07-06 ХГ);

• исследование, разработка и внедрение системы защиты ВЛ от гололедообразования (2006 г., тема АП-ЭМ-17 -06 ХГ).

Цель работы - теоретическое обобщение, развитие теории и разработка новых научно обоснованных технических решений электромеханических элементов систем управления, используемых для возбуждения и гашения вибраций.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие основные задачи:

1. Разработка совокупности математических моделей индукционных демпфирующих элементов (ИДЭ) с вторичной системой сложной структуры, учитывающих взаимосвязанные электромагнитные и механические процессы в установившихся периодических и динамических режимах.

2. Разработка обобщенной математической модели, теоретическое и экспериментальное исследования ИДЭ с вторичной системой, содержащей произвольное количество активных и неактивных зон различной геометрии.

3. Создание теоретических основ для разработки и использования электромагнитных вибровозбудительных элементов (ЭВВЭ) нового класса, отличительными признаками которых является возбуждение от прямолинейного проводника с током и колебательное движение в переменном магнитном поле.

4. Разработка новых научно обоснованных конструктивных схем электромеханических демпфирующих и вибровозбудительных элементов.

5. Внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований и новых образцов ЭМВЭ в промышленность и учебный процесс. Разработка методов расчета и проектирования ЭМВЭ для систем управления.

Методы исследований. В качестве методологической базы работы использовались методы теории колебаний, методы теории электрических и магнитных цепей, теории систем автоматического управления, аналитические и. численные методы математической физики, методы экспериментального исследования, методы имитационного моделирования на ЭВМ. В работе использовались теория электромеханического преобразования энергии и управления электротехническими системами, методы математического и физического моделирования. Анализ электромагнитных процессов и выходных характеристик элементов выполнен с помощью комбинированного подхода, сочетающего теорию поля и теорию цепей. При разработке программного обеспечения и моделирования на ЭВМ использованы языки высокого уровня (С+, VBA), пакеты прикладных программ Mathematica, MathCAD, ELCUT.

На защиту выносятся:

1. Совокупность математических моделей установившихся периодических и динамических режимов ЭМВЭ, отражающих взаимное влияние механической и электромагнитной подсистем ЭМВЭ.

2. Результаты теоретических исследований ИДЭ с помощью математических моделей, которые позволили установить закономерности влияния параметров и скорости движения вторичной системы, на выходные характеристики.

3. Обобщенная математическая модель ИДЭ со вторичной системой сложной геометрии с произвольным количеством активных и неактивных зон и результаты ее исследования.

4. Математические модели и конструктивные схемы нового класса электромагнитных ВВЭ, характерной особенностью которых является возбуждение от электромагнитного поля проводника с током и колебательное движение в переменном магнитном поле.

5. Разработанные технические решения, реализованные и внедренные высокоэффективные ЭМВЭ и результаты исследований их характеристик.

Научная новизна работы заключается в следующем.

• Разработана обобщенная математическая модель ИДЭ со вторичной системой сложной геометрии, отличающаяся тем, что в ней учитывается произвольное количество активных и неактивных зон различной геометрии, и позволяющая установить зависимости плотностей вихревых токов, электромагнитных сил и моментов от геометрических параметров и интенсивности электромагнитных процессов, а также разработать ИДЭ с требуемыми выходными характеристиками.

• Разработана оригинальная математическая модель ИДЭ с вторичной системой сложной структуры, позволяющая определить влияние геометрии и структуры вторичной системы на характеристики ДЭ.

• Развита теория периодических установившихся и динамических режимов ИДЭ, впервые определены закономерности изменения напряженности магнитного поля, плотности вихревых токов, электромагнитной силы и момента при периодическом изменении скорости движения вторичной системы.

• Создан новый класс ЭВВЭ с возбуждением от электромагнитного поля прямолинейного проводника с током и исследованы его технические возможности; установлены зависимости магнитных потоков, электромагнитных сил и параметров колебаний от геометрии магнитной системы, что дает возможность разработки ЭВВЭ для различных вибрационных устройств.

• Получены новые технические решения электромеханических вибрационных элементов для возбуждения и гашения механических колебаний (Патенты РФ №2247464, №2251196, №3309505, №2361352, 2363003, №2365022, №2409881, №2402142).

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.

• Применение совокупности полученных в работе результатов позволяет разработать и создать ЭМВЭ, которые обеспечивают требуемое качество периодических режимов и имеют большую надежность и уменьшенные массогабаритные показатели.

• Разработанные методы и алгоритмы, реализованное программное обеспечение для расчета основных характеристик и параметров ЭМВЭ, а также разработанные инженерные методики их проектирования, позволяют повысить качество и скорость их проектирования.

• Разработанные конструкции ЭМВЭ с существенно улучшенными показателями, защищенные патентами РФ, позволяют расширить область применения и повысить эффективность СУ вибрационными процессами.

Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов работы подтверждается корректностью поставленных задач; обоснованностью принятых допущений и адекватностью математических моделей и методов, используемых при исследовании; строгостью выполненных математических преобразований; точностью показаний поверенных измерительных приборов и результатами экспериментальных исследований электромеханических вибрационных элементов; соответствием результатов анализа ряда частных случаев по разработанным обобщенным моделям известным результатам работ других авторов.

Внедрение результатов работ. Реализация результатов работы подтверждается их использованием в промышленности и образовании.

1. Результаты работы внедрены и используются на ОАО Уфимский Завод «Электроаппарат» при проектировании элементов систем управления вибрационными устройствами;

2. Научные положения и результаты диссертационной работы внедрены и используются ФГУП «Уфимское агрегатное производственное объединение» при разработке специальных электромеханических преобразователей и технологий для авиационной промышленности.

3. Полученные теоретические результаты, разработанные экспериментальные установки используются в учебном процессе при изучении ряда дисциплин, а также в курсовом и дипломном проектировании при подготовке специалистов по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались более чем на 25 конференциях и симпозиумах: научно-технической конференции «Электротехнические комплексы автономных объектов ЭКАО-97» (Москва, 1997); научно-технической конференции «Новые методы, технические средства и технологии получения измерительной информации» (Уфа, 1997); Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Информационные и кибернетические системы управления и их элементы» (Уфа, 1997); международной научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем управления, контроля и управления» (Гурзуф, 1998, 2000); международной конференции «Aircrafi engineering prospects» (Берлин, 1998); международной конференции

Электромеханика и электротехнологии» (Клязьма, 1998); международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1998); международной молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 1999); всероссийский электротехнический конгресс с международным участием «На рубеже веков: итоги и перспективы» (Москва, 1999); второй международной научно-технической конференции Регионального Уральского отделения АИН РФ (Екатеринбург, 2000); международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (X Бенардосовские чтения) (Иваново, 2001); Российского национального симпозиума по энергетике (Казань, 2001); научно-технической конференции «Пилотируемая космонавтика: Становление, проблемы, перспективы (к 40-летию полета Ю.А.Гагарина в космос)» (Уфа, 2001); научно-практической конференции «Энергоэффективная экономика. Проблемы, задачи, перспективы научно-технического развития. Опыт внедрения в РБ» (Уфа, 2004); XV Всероссийской научно-методической конференции «Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций» (Уфа-Москва, 2005); Всероссийская научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ - 2007» (Астрахань, 2007); XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2007); 10th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2008) (Antalya, Turkey, 2008); 15-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2009); II Всероссийская научно-техническая конференция «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий», (Уфа, 2009);

IV всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы в науке и технике (Уфа, 2009); XVI Симпозиум

Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем «DYVIS-2009»» (Москва-Звенигород, 2009); 11th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2009) (Crete, Greece, 2009); Международная научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСИНТЕХ-2010» (Астрахань, 2010); IV Международной научно-технической конференция «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург, 2011); 12th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2010).

За проведенные работы автором получены молодежная государственная премия Республики Башкортостан в области науки и техники за 2008 г., а также премия «Новая генерация» МЭИ(ТУ) (2008 г.). Под руководством автора реализуются два проекта по программе У.М.Н.И.К.

Работа обсуждена и получила одобрение на расширенном заседании кафедры электромеханики УГАТУ.

Публикации по теме диссертации. Основные теоретические положения, выводы и результаты по теме диссертации опубликованы в 73 работах, в том числе: 19 статей, опубликованных в изданиях перечня ВАК, 11 патентов РФ на изобретения и полезные модели, три свидетельства на регистрацию программ, две монографии и одно учебное пособие.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, списка литературы из 221 наименования, заключения и приложений, общим объемом 336 страниц. В работе содержится 106 рисунков, 2 таблицы.

Выводы

1. Получены новые технические решения и создан новый класс ЭМВЭ с возбуждением от электромагнитного поля ЛЭП - электромагнитные вибровозбудительные элементы с распределенными параметрами.

2. Разработаны математические модели ЭВВЭсРП для анализа электромагнитных и электромеханических процессов, позволяющих определить тяговые характеристики и параметры установившихся колебаний.

3. В результате моделирования и анализа электромагнитных процессов в ЭВВЭсРП по сосредоточенной и распределенной модели было установлено, что:

• при отсутствии насыщения результаты расчетов распределения I магнитных потоков и напряжений, а также электромагнитной силы по этим моделям совпадают при достаточном числе участков (п > 25) в сосредоточенной модели;

• математическая модель с сосредоточенными параметрами позволяет наиболее просто и точно определить статические тяговые характеристики ЭВВЭсРП с учетом нелинейных характеристик магнитных материалов;

• анализ сосредоточенной модели ЭВВЭсРП показывает, что насыщение магнитной необходимо учитывать при Т7 > 50 Аи 8 < 2 мм;

• в результате анализа математической модели с сосредоточенными параметрами установлено, что наиболее целесообразно равномерное разбиение зазора на участки;

• в результате расчета и анализа статических тяговых характеристик установлено, что при изменении зазора в пределах 5%, среднее значение силы можно считать постоянным (расхождение не более 7%).

4. Получена математическая модель режима установившихся колебаний электромагнитного ВВЭ, позволяющая определить выходные характеристики. В результате ее анализа установлено, что

• максимально допустимые величины фиксированной части пластин составляют не более 0,6 • /;

• расчетный коэффициент ослабления вибраций определяется величиной фиксированной части пластин и практически не зависит от величины МДС и воздушного зазора;

• максимальную величину вибраций необходимо определять при учете насыщения магнитной цепи, а коэффициент ослабления вибраций может быть определен без учета нелинейных свойств магнитных материалов;

• из анализа математической модели установившихся колебаний ЭВВЭсРП следует, что максимальный уровень амплитуды вибраций увеличивается при уменьшении величины рабочего зазора и увеличении значения МДС. При каждом значении МДС существует предельный (наименьший) рабочий зазор, соответствующий наибольшему уровню вибраций.

5. при экспериментальном исследовании ЭВВЭсРП были подтверждены основные теоретические положения. Расхождение экспериментальных и расчетных данных не превышает 15%.

Заключение

Диссертационная работа является результатом теоретических и экспериментальных исследований автора в области разработки высокоэффективных электромеханических вибрационных элементов систем управления и автоматики за период 1996 - 2011 гг. Работа выполнялась в рамках тем и грантов на НИР и НИОКР кафедры электромеханики УГАТУ.

Основная научная и практическая значимость работы состоит в развитии и обобщении теории, создании совокупности обобщенных математических моделей ЭМВЭ, разработке научно обоснованных технических решений, совокупность которых позволяет осуществить решение научной проблемы создания высокоэффективных элементов систем управления, имеющей важное значение для ряда отраслей экономики.

1. Разработана совокупность математических моделей ИДЭ с вторичной системой сложной структуры для исследования и расчета основных характеристик в установившихся периодических и переходных режимах. Проведены теоретические и экспериментальные исследования характерных установившихся периодических и динамических режимов ИДЭ. Получены аналитические выражения для расчета электромагнитных сил и моментов с учетом изменения скорости движения ВС.

- Показано, что в установившемся периодическом режиме среднее значение момента ИДЭ меньше момента в режиме движения с постоянной скоростью. Для уменьшения среднего момента при любой безразмерной частоте £ не более чем на 5% относительная угловая скорость ВС должна быть не менее 6 (со*>6); если относительная угловая скорость составляет не менее 3 (со* > 3), то уменьшение момента будет не более 10%.

- Показано, что в воздушном зазоре ИДЭ с прорезями в ВС, кроме основной гармоники, возникают высшие гармоники вторичного магнитного поля. Максимальное значение потока от высших гармоник достигается при шаге прорезей, равном двойному полюсному делению, и может достигать 30% от первичного потока.

- Установлено, что для увеличения электромагнитного момента необходимо совместное выполнение во вторичной системе прорезей и вылетов. В зависимости от количества прорезей увеличение величины вылетов более 15-20% от полюсного деления не изменяет механические характеристики, что существенно меньше, чем в ИДЭ с однородной вторичной системой без прорезей.

- Установлено, что выполнение более одной прорези на полюс существенно изменяет механические характеристики: максимальный момент сдвигается в сторону меньших частот и в 1,4+1,6 раза возрастает крутизна характеристики. На линейном участке механической характеристики при условии, что полуширина ВС не превышает полюсного деления (а<т), электромагнитный момент может быть увеличен до 30%.

2. Разработана обобщенная математическая модель ИДЭ с вторичной системой сложной геометрии с произвольным количеством активных и неактивных зон различной геометрии, позволяющая реализовать универсальный метод расчета. Проведены теоретические исследования установившихся и динамических режимов, разработаны алгоритмы расчета электромагнитных сил и моментов ИДЭ.

- Показано, что распределение магнитного поля в ИДЭ с вторичной системой сложной геометрии существенным образом зависит от количества и типа зон, их геометрических размеров. Механическая характеристика ИДЭ с ВС сложной геометрии имеет характерный для индукционных преобразователей экстремальный вид с начальным практически линейным участком.

- Установлено, что электромагнитная постоянная времени и электромагнитный момент в переходном режиме могут быть определены через напряженность вторичного поля и относительный момент в установившемся режиме. На основании этого разработан новый универсальный алгоритм расчета электромагнитных переходных процессов в ИДЭ с ВС, содержащей произвольное количество зон различной геометрии.

- Установлено, что при мгновенном разгоне ВС возрастание электромагнитного момента при безразмерной частоте е<3 апериодическое, а при е>3 момент достигает максимума, а затем колебательно приближается к установившемуся значению. Ударный момент превышает установившийся в 2 - 5 раз.

3. Разработаны электромагнитные вибровозбудительные элементы нового класса, отличительными признаками которых являются возбуждение от прямолинейного проводника с током и колебательное движение в переменном магнитном поле. Разработаны математические модели электромагнитных и электромеханических процессов и созданы теоретические основы для разработки и использования ЭВВЭ нового класса. Получены аналитические выражения, подтвержденные экспериментально, которые позволяют проводить разработку ЭВВЭ с требуемыми параметрами и характеристиками.

Выявлены основные соотношения и закономерности, характеризующие электромагнитную подсистему ЭВВЭ, в частности

• показано, что характеристики ЭВВЭ определяются нелинейными свойствами магнитной цепи: не учет насыщение магнитной цепи ЭВВЭ характерных геометрических размеров при МДС 7^>50 А и рабочем зазоре 8<2 мм приводит к погрешности в определении силы в 1,2 - 2,4 раза;

• показано, что в ЭВВЭсСП с поперечно-продольным магнитным полем электромагнитная сила всегда больше, чем в ЭВВЭ с продольным полем;

• показано, что в многопериодном ЭВВЭсСП с п пазами максимально возможная сила в п2 раз меньше, чем в однопериодном электромагнитном вибровозбудителе;

• установлено, что в ЭВВЭ с сосредоточенными и распределенными параметрами при вибрациях и изменении зазора в пределах 5% от начального, среднее значение силы можно считать постоянным (расхождение не более 7%).

- Показано, что при определенном рабочем воздушном зазоре, величина которого зависит от МДС, достигается максимальный уровень вибраций.

- Установлено, что в ЭВВЭ с сосредоточенными параметрами амплитуда установившихся безударных колебаний составляет менее 10% от первоначального зазора. Наличие ограничителя позволяет увеличить максимальный размах колебаний на 20-40%.

- Установлено, что колебания пластин ЭВВЭсРП практически отсутствуют, если фиксируется более 60% длины пластины. Расчетный коэффициент ослабления колебаний определяется величиной фиксированной части пластин и практически не зависит от величины МДС и воздушного зазора.

4. Предложены оригинальные конструкции ЭМВЭ с улучшенными техническими характеристиками и уменьшенными массогабаритными показателями, разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований, защищенные патентами РФ [23 - 33].

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований и новых образцов ЭМВЭ внедрены и используются в промышленности, в научно-исследовательской работе и учебном процессе кафедры электромеханики УГАТУ. Разработаны испытательные стенды, опытные и макетные образцы, выполнены экспериментальные исследования. Разработаны инженерные методики расчета и проектирования ЭМВЭ, программное обеспечение для расчета демпфирующих и вибровозбудительных элементов, которое используется при автоматизированном проектировании ЭМВЭ.

- Применение разработанных математических моделей, методик и программ для расчета и проектирования ЭМВЭ на промышленных предприятиях позволило повысить качество и скорость проектирования, уменьшить на 5 -12% массогабаритные показатели специальных электромеханических преобразователей.

- Установлено, что экспериментальные характеристики ЭМВЭ совпадают с расчетными в установившихся режимах с погрешностью не более 10% и в переходных режимах - не более 30%, что подтверждает достоверность математических моделей ЭМВЭ.

Таким образом, в диссертационной работе решена научная проблема, имеющая важное отраслевое и хозяйственное значение, направленная на развитие теории и разработку научно обоснованных новых технических решений ЭМВЭ систем управления.

1. Бауман В. А., Быховский И. И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М.: Высшая школа, 1977. - 255 с.

2. Вибрации в технике: Справочник. Т.4: Вибрационные процессы и машины / под ред. Э. Э. Лавендела. М.: Машиностроение, 1981. - 509 с.

3. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р. Электромеханические преобразователи для вибрационной техники. М.: Машиностроение, 2008. - 276 с.

4. Вибрации в технике: Справочник Т.2.: Колебания нелинейных механических систем/под ред. И. И. Блехмана. М.: Машиностроение, 1979. -351 с.

5. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. X., Пашали Д. Ю. Теория электромеханических демпфирующих преобразователей с распределенными параметрами. М.: Машиностроение, 2010. - 327 с.

6. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. X., Пашали Д. Ю. Электромеханические демпфирующие преобразователи с распределенными параметрами // Уфа: Изд-во УГАТУ, 2009. 242 с.

7. Ковалева А. С. Управление колебательными и виброударными системами. М.: Наука, 1990. - 256 с.

8. Бабаков И. М. Теория колебаний: учеб. пособие для втузов. 4-е изд. -М.: Дрофа, 2004.-592 с.

9. Вибрации в технике: Справочник Т.1: Колебания линейных систем/ под ред. В. В. Болотина. М.: Машиностроение, 1978. - 352 с.

10. Патент РФ №2304342. Генератор возвратно-поступательного движения/ И. X. Хайруллин и др. // Опубл. 10.08.2007. Бюл. №22.

11. Патент РФ №2402142. Генератор / Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. X., Саттаров Р. Р., Риянов Л. Н. // Опубл. 20.10.2010 Бюл. № 29.

12. Патент РФ № 2020699. Линейный генератор / Круглова Г.Г., Кудрявцева Е.А. Сулин Г.А. // Опубл. 30.09.1994.

13. Бабикова Н. Л., Саттаров Р. Р., Полихач Е. А. К вопросу о классификации линейных электрических генераторов // Вестник УГАТУ, 2009. Т. 12. №2(31). С. 144-149.

14. Хитерер М. Я., Овчинников И. Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения. СПб.: Изд-во Корона Принт, 2006. -368 с.

15. Beeby S.P., Tudor M.J., White N.M. Energy harvesting vibration sources for microsystems applications // Measurement science and technology, 2006. Vol. 17. № 12. P.175- 195.

16. Yeatman E., Mitcheson P. Energy scavenging // Noise, 2003. Vol. 34. № 10. P. 7-9.

17. Коновалов Г.В., Коноваленко О.В. Системы автоматического управления с электромагнитными порошковыми муфтами. -М.: Машиностроение, 1976. 154 с.

18. Вибрации в технике: Справочник. Т.5.: Измерения и испытания. / под ред. М. Д. Генкина. М.: Машиностроение, 1981. - 496 с.

19. Исмагилов Ф. Р. Электромагнитные элементы систем управления со сложной геометрией ротора. Уфа: УГАТУ, 1997. - 139с.

20. Исмагилов Ф. Р. Электромагнитные элементы систем управления со сложной геометрией ротора. Дисс. д-ра техн. наук Уфа, 1998. - 345 с.

21. Петропольский Н. В. Линейные электромеханические преобразователи энергии автоматических устройств: учеб. пособие / Моск. ин-т радиотехники, электрон, и автоматики. М.: МИРЭА, 1986. - 60 с.

22. Лопухина Е. М. Асинхронные исполнительные микродвигатели для систем автоматики. М.: Высшая школа, 1988. - 328 с.

23. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: учебник для студ. вузов. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 336 с.

24. Казаков Л.А. Электромагнитные устройства РЭА: Справочник. М.: Радио и Связь, 1991.-352 с.

25. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: Учебник для вузов в двух томах / А. В. Иванов-Смоленский. 3-е изд., стер. - М.: ИД МЭИ, 2006.

26. Белоусов А. И., Рекус Г. Г. Вибраторы с электромагнитным приводом. -М.: Наука, 1970,- 110 с.

27. Постников И. М., Ралле В. В. Синхронные реактивные двигатели. -Киев: Техника, 1970. 139 с.

28. Кононенко Е. В. Синхронные реактивные машины. Киев: Техника, 1970."- 139 с.

29. Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. X., Янгиров И. Ф. Бесконтактный датчик вибрации ферромагнитных электропроводящих тел / A.c. 1657977 (СССР). Опубл. 1991. Бюл. №23.

30. Хайруллин И. X., Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Латыпов М. Ф. Вибродатчик для тел вращения сложной геометрии Труды второй международной научно-технической конференции Регионального Уральского отделения АИН РФ. - Екатеринбург, 2000. - С. 230-231.

31. Саттаров Р. Р., Бабикова Н. Л., Полихач Е. А. Исследование установившегося режима синхронного генератора возвратно-поступательного движения // Вестник УГАТУ, 2007. Т.9. №6(24). С. 194 - 199.

32. Саттаров Р. Р., Бабикова Н. Л. К расчету магнитной цепи синхронного магнитоэлектрического генератора возвратно-поступательного движения /

33. Сборник науч. трудов II Всероссийской науч.-техн. конф. «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий». В 2-х т. Т.2. Уфа: УГНТУ, 2009, С.32 - 35.

34. Патент РФ №2003110. Акселерометр / И.Х. Хайруллин, Ф.Р.Исмагилов, И.Ф. Янгиров // Опубл. 1993. Бюл. №15.

35. Вибрации в технике: Справочник: В 6 т. / Под ред. К.В.Фролова. Т.6.: Защита от вибрации и ударов. 1981. - 456 с.

36. Саттаров Р. Р. Электромагнитные демпфирующие элементы амортизационных систем с аксиальными прорезями в цилиндрической вторичной среде. Дисс. . канд. техн. наук. - Уфа, 1999. - 172 с.

37. Размыслов В. А. Расчет тормозного усилия электродинамического замедлителя вагонов / В. А. Размыслов, В. М. Кузьмин, А. В. Сериков // Электротехника, 2008. № 5. С. 61 63.

38. Fujita М. et al. 3-Dimensional Electromagnetic Analysis and Design of an Eddy-Current Rail Brake System // IEEE Transactions on Magnetics, 1998. Vol. 34, №5. P. 3548-3551.

39. Jang S., Jeong S., Cha S. The application of linear Halbach array to eddy current rail brake system // IEEE Transactions on Magnetics, 2001. Vol. 37, № 4. P. 2627-2629.

40. Kim Y. Design of a New Linear Magnetic Damper for Shock-Absorbing from Crash Accident of High Speed Vehicles / Y. Kim, H. Lee, S. Wang, and K. Park // 12th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation, 2006 P. 240.

41. Нурмухаметов М. Н. Основы теории электрических машин с дисковыми роторами. Уфа: УАИ, 1980. - 81 с.

42. Cruz D.J.Т. Design of an Innovative Car Braking System using Eddy Currents // Thesis for the Degree of Master of applied science. University of Victoria, 2005. 106 p.

43. Gay S.E. Contactless Magnetic Brake for Automotive Applications // Thesis for the degree of Doctor of Philosophy. Texas A&M University, 2005. 305 p.

44. Eddy current dynamometers. http://www.d2t.com/test-bed-engineering/?L=l.

45. Eddy current adjustable dynamometer, http://www.powermag.in.

46. Dynamometers. http://www.magtrol.com/ motortest/ wbdynamometers.html.

47. Потапов JI.A., Юферов Ф.М. Измерение вращающих моментов и скоростей вращения микроэлектродвигателей. М.: Энергия, 1974. - 129 с.

48. Соколов М. М., Масандилов Л. Б. Измерение динамических моментов в электропроводах переменного тока. М.: Энергия, 1967. - 226 с.

49. Афанасьев Ю. В. Исследование динамических демпфирующих элементов систем управления амортизаторами. Дис. канд. техн. наук. Уфа, 1976.-234 с.

50. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Мухин М. А. Определение положения проводящего тела в бегущем магнитном поле. // Аэрокосмическое приборостроение в России. Серия 2. Авионика. Вып. 3, 1999. С.33-38.

51. Мухин М.А. Высокоэффективный электромагнитный элемент системы управления с дисковой вторичной системой. Дис. канд. техн. наук. -Уфа, 1999.- 172 с.

52. Сыромятников В. С. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984. - 216 с.

53. Niwa S., Suzuki М., Kimura К. Electrical Shock Absorber for Docking System in Space // Proceedings of the IEEE International Workshop on Intelligent Motion Control, 1990. P. 825-830.

54. Nakagawa Т., Sagara N. A Proposal Of a Nonlinear H Control Method for a Semi active Damper with a Magnetic fluid base // IEEE Trans, on Magnetics, 1997. Vol. 33, № 5. P. 4206-4208.

55. U.S. Patent 5,277,281. Magnetorheological Fluid Dampers / Carlson J. D., Chrzan M. J. // 1994.

56. Karakoc K., Park E., Suleman A. Design considerations for an automotive magnetorheological brake // Mechatronics, 2008. Vol. 18, № 8. P. 434^147.

57. Li H. et al. Field Tests of Vibration Control of Stay Cables by Using Magnetorheological Fluid Dampers // Proceedings of the IEEE International Symposium on Intelligent Control, 2005. P. 1001-1006.

58. Хайруллин И. X. Исследование электромагнитных демпфирующих элементов систем управления. Дис. д-ра техн. наук. - Уфа, 1979. - 299 с.

59. Патент РФ № 2365022 Управляемый магнитоэлектрический тормоз / Саттаров Р. Р., Огуречникова И. А., Гумерова М. Б. // Опубл. 20.08.2009., Бюл. №23.

60. Хайруллин И. X., Саттаров Р. Р., Папернюк В. А. Динамические процессы в электромагнитных демпферах при гашении энергии колебаний. / Электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сб. науч. трудов. Уфа: УГАТУ, 2001.-С. 19-24.

61. Папернюк В.А. Магнитоэлектрические демпферы амортизаторов. -Дисс. . канд. техн. наук. Уфа, 2002. - 133 с.

62. А. с. 947521 СССР. Демпфер / И.Х. Хайруллин и др. // Опубл. 1982. Бюл. №28.

63. Zuo L. et al. Design and characterization of an electromagnetic energy harvester for vehicle suspensions // Smart Materials and Structures, 2010. Vol. 19. -P.l 10.

64. Mirzaei S., Saghaiannejad, S. M., Tahani V., и др. Electromagnetic shock absorber // Electric Machines and Drives Conference, 2001. P.760 - 764.

65. Nehl T.W., Betts J. a, Mihalko L.S. An integrated relative velocity sensor for real-time damping applications // IEEE Transactions on Industry Applications, 1996. Vol. 32, № 4. P. 873-881.

66. Патент РФ № 2363003. Преобразователь линейных ускорений / Р. Р. Саттаров, Н. Л. Бабикова // Опубл. 27.07.2009., Бюл. № 21.

67. Патент РФ № 2272756. Устройство для аварийной посадки самолета при отказе шасси / Ф.Р.Исмагилов и др. // Опубл. 27.03.06., БИ № 6.

68. Kickinyov V.V. An Automatic Torque Control System for a Bicycle Ergometer Equipped with an Eddy Current Brake // Biomedical Engineering, 2007. Vol. 41, №3,-P. 119-121.

69. Gosline A.H., Campion G., Hayward V. On The Use of Eddy Current Brakes as Tunable, Fast Turn-On Viscous Dampers For Haptic Rendering // Proceedings of Eurohaptics, 2006. P. 229-234.

70. Gosline A.H., Member S., Hayward V. Eddy Current Brakes for Haptic Interfaces: Design, Identification, and Control // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2008. Vol. 13, № 6. P. 669-677.

71. Sodano H.A. Non-contact eddy current excitation method for vibration testing // Experimental mechanics, 2006. Vol. 46, № 5. P. 627-635.

72. Nandi A., Neogy S., Bhaduri S. Analysis of a Lorentz force based vibration exciter using permanent magnets mounted on a piezoelectric stack // Sadhana, 2011. Vol. 36, № l.-P. 87-107.

73. Исмагилов Ф. P., Саттаров P. P. Электромагнитные демпферы с продольными прорезями полого ротора // Электротехника, 2000. -№ 8. С. 28 - 29.

74. Саттаров Р. Р., Гумерова M. Б. Электромеханические процессы в линейных демпферах // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сб. науч. трудов. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2008. - С.70 - 76.

75. Toker Т. Why high perfomance applications are best served with low inertia motors // Towerint, 1988. 34, 401. - P. 254 - 256.

76. Kosuke N., Hajime S.K. Design formulae for a plate type magnetic damper with alternative magnetic poles // Ser. Mech., Autom. Contr and Rob, 1993. Vol. 3, №281-292.

77. Missiry M. Theory and performance of double-stator hollow rotor motor // Conf. Rec. IEEE lnd. Appl. Soc. 22nd. Annu. Meet. Atlanta, 1987. C. 80 - 85.

78. Хайруллин И.Х., Исмагилов Ф.Р., Саттаров P.P. Электромеханические преобразователи со сложным ротором // Всероссийский электротехнический конгресс с межународ. участием "На рубеже веков: итоги и перспективы", 1999. -С. 141-142.

79. Хайруллин И. X., Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р. Исследование вихретокового датчика для поверхностей сложной геометрии // Приборы и системы управления, 1999. № 2. - С.26 - 27.

80. Метод вихретокового контроля геометрии тонкостенных проводящих тел вращения / P.P. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов, И.Х. Хайруллин, Д.Ю. Пашали // Технология машиностроения. 2011. - №4. - С. 54-58.

81. Международной научной конференции: в 3 т. Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2010. - Т.2. - С. 29-30.

82. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р. Поперечный краевой эффект в индукционных электромеханических преобразователях с анизотропной проводящей немагнитной вторичной системой // Вестник УГАТУ, 2011. Т.15, №1(41). С.127-133.

83. Ряшенцев Н. П. Введение в теорию энергопреобразования электромагнитных машин. Новосибирск: Наука, 1987. - 159 с.

84. Ряшенцев Н. П., Ряшенцев, В. Н. Электромагнитный привод линейных машин. Новосибирск: Наука, 1985. - 152 с.

85. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Трофимов А. В. Двигатель с разделенными магнитопроводами фаз // Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике. Том II. Казань, 2001. - С. 184-186.

86. Свечарник Д. В. Линейный электропривод. М.: Энергия, 1979.- 152 с.

87. Соколов M. М., Сорокин Л. К. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. -М.: Энергия, 1974. 136 с.

88. Isermann R. Modeling and design methodology for mechatronic systems // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 1996. Vol. 1, № 1. P. 16-28.

89. Патент РФ № 2130227. Электромагнитный вибратор / Ф. Р. Исмагилов, И. X. Хайруллин, Е. В. Напалков // Опубл. 05.10. 1999.

90. Патент РФ № 2247464. Электромагнитный вибратор / И. X. Хайруллин, Ф. Р. Исмагилов, Р. Р. Саттаров, А. В. Трофимов, Т. Р. Терегулов. // Опубл. 27.02.2005. Бюл. № 6.

91. Патент РФ № 2251196. Электромагнитный вибратор / Ф. Р. Исмагилов, И. X. Хайруллин, Р. Р. Саттаров, А. В. Трофимов, Е. А. Полихач // Опубл. 27.04.2005. Бюл. № 12.

92. Патент РФ № 2258296. Электромагнитный вибратор (варианты) / Ф. Р. Исмагилов, И. X. Хайруллин, А. В. Трофимов // Опубл. 10.08.2005. Бюл. №22.

93. Патент РФ № 2361352 Электромагнитный вибратор (варианты) / Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Бабикова Н. J1. // Опубл. 10.07.2009., Бюл. № 19.

94. Патент РФ № 2409881 Сигнализатор гололедных отложений (варианты) / Саттаров Р. Р., Хайруллин И. X., Алмаев М. А. // Опубл. 10.07.2010., Бюл. № 19.

95. Патент РФ № 2219634. Сигнализатор гололедных отложений / И. X. Хайруллин и др. // Опубл. 20.12.2003. Бюл. №35.

96. Патент РФ № 2142188. Устройство для очистки проводов линий электропередач / И. X. Хайруллин и др. // Опубл. 27.11.99. Бюл. № 33.

97. Патент РФ № 2309505. Устройство для очистки проводов линий электропередач / Ф. Р. Исмагилов, И. X. Хайруллин, Р. Р. Саттаров, Д. М. Столяров // Опубл. 27.10.07. Бюл. № 30.

98. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Алмаев М. А. Устройство для очистки проводов линий электропередач. Пат. РФ на полезную модель №93184, заявка №2009142495/22 от 17.11.09 г. Опубл. 20.04.2010. Бюл. №11.

99. Патент РФ на полезную модель №96091 / Самоходное устройство для движения внутри трубопровода Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Алмаев М. А., Гареев А. Ш. // Опубл. 20.07.2010. Бюл. №20.

100. Афанасьев Ю. В., Исмагилов P.P., Пашали Д.Ю., Саттаров P.P. Разъединитель наружной установки для работы в гололёдных условиях // Энергетик, 2009. №10. с. 13-14.

101. Патент РФ на полезную модель №103222 Провод линии электропередачи. / Хайруллин И. X., Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Шартдинова Ю. Ф. // Опубл. 27.03.2011. Бюл. №9.

102. Хайруллин И. X., Исмагилов Ф. Р., Рахимова Э. Н. К расчету линейного электромагнитного вибратора // Вестник УГАТУ, 2000. №1-С. 163 165.

103. Патент РФ № 2095925. Вибратор / Хайруллин И.Х., Хайруллин Т.И., Скуратов С.П. // Опубл. 10.11.1997.

104. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Трофимов А. В. Исследование электромагнитных процессов в вибрационных электромеханических преобразователях // Вестник УГАТУ, 2006. Т.7, №1 (14). С. 160 - 165.

105. Саттаров Р. Р., Трофимов А. В. Электромагнитные процессы в линейном вибраторе с возбуждением от провода // Электротехнические системы и комплексы: межвуз. науч. сб. Магнитогорск, 2004. - С. 160 - 163.

106. Boldea I., Nasar S.A. Linear motion electromagnetic devices. -Taylor&Francis, 2001. 270 p.

107. Плахтиев A.M. Измерительные преобразователи с распределенными параметрами. Ташкент: Фан, 1987. - 104 с.

108. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Трофимов А. В. К расчету магнитного поля электромагнитного вибратора // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сб. науч. трудов. -Уфа: Изд-во УГАТУ, 2003. С. 52-55.

109. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Вафин J1. Ш. Вибрационный электромеханический преобразователь для сигнализатора гололедообразованияна линиях электропередач // Вестник УГАТУ, 2006. Т.7, № 2 (15). -С. 108-114.

110. Брынский Е.А. и др. Электромагнитные поля в электрических машинах / Е. А. Брынский, я. Б. Данилевич, В. И. Яковлев. Л.: Энергия, 1979.- 176 с.

111. Буль О.Б. Сравнение инженерных методов расчёта магнитных цепей и полей электромагнитов // Электротехника, 2007. №7. С. 42-48.

112. Буль Б. К. Основы теории и расчета магнитных цепей. -М., Л.: Энергия, 1964. 464 с.

113. Иванов-Смоленский А. В. и др. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / А. В. Иванов-Смоленский, Ю. В. Абрамкин, А. И. Власов. М.: Энергоатомиздат, 1986.-214 с.

114. Инкин А. И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин: учеб. пособие / А. И. Инкин; НГТУ. Новосибирск: ЮКЗА, 2002 .- 464 с.

115. Копылов И. П. Математическое моделирование в электромеханике. -М.: Высш. школа, 2001. 317 с.

116. Копылов И. П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах. М.: Высш. школа, 1980. - 256 с.

117. Домбровский В. В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах. Л.: Энергоатомиздат, 1983.-256 с.

118. Кошляков Н. С. и др. Уравнения в частных производных математической физики. М.: Высшая школа, 1970.

119. Веселовский О.Н. и др. Линейные асинхронные двигатели / О. Н. Веселовский, А. Ю. Коняев, Ф. Н. Сарапулов. М.: Энергоатомиздат, 1991.-256 с.

120. Вольдек А. И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970. - 272 с.

121. Острейко В. H. Расчет электромагнитных полей в многослойных средах. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. - 152 с.

122. Никитенко А. Г., Пеккер, И. И. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 216 с.

123. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Магнитные цепи, поля и программа FEMM. -М.: Изд-во «Академия», 2005. 336 с.

124. Иванов-Смоленский А. В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах. М.: Высшая школа, 1989. - 312 с.

125. Теория электрических аппаратов: учебник для втузов по спец. «Электрические аппараты» / Г. И. Александров, В. В. Борисов, В. Л. Иванов и др.-М.: Высш. школа, 1985. -312 с.

126. Хайруллин И. X, Шавалеева Ю. И. Аксиальные силы в магнитоэлектрическом демпфере в переходных режимах // Вестник УГАТУ, 2009. Т. 12, №2(31). С. 124-125.

127. Deihimi F. S., Henneberger G. A general nonlinear model of switched reluctance motor with mutual coupling and multiphase excitation // Electrical Engineering, 2002. № 84. P. 143 - 158.

128. Ciufo P.P., Piatt D., Perera B.S. Magnetic Circuit of a Synchronous Reluctance Motor // Electric Machines and Power Systems, 1999. № 27. P. 253 - 270.

129. Захаренко А.Б., Семенчуков Г. А. Исследование синхронной электрической машины со скосом постоянных магнитов // Электротехника, 2007. №2. С.59-65.

130. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Полихач Е. А. Исследование новых конструкций индукторов магнитоэлектрических машин / Успехи современного естествознания: М.: Академия естествознания, 2007. № 12. С. 119-120.

131. Settimo F., Bevilacqua P., Rem P. Eddy current separation of fine non-ferrous particles from bulk streams // Physical Separation in Science and Engineering, 2004. Vol. 13, № 1. P. 15-23.

132. Характеристики линейных индукционных машин при ограниченных размерах вторичного элемента / Коняев А.Ю., Коняев И.А., Маркин Н.Е., Назаров C.JI. // Электричество, 2010. № 4. С. 32-36.

133. Особенности расчета электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, C.JI. Назаров, А.Ю. Коняев // Электричество, 2007. №10. С.68-72.

134. Лопухина Е. М., Сомихина Г. С. Асинхронные микромашины с полым ротором. М.: Энергия, 1967. - 488 с.

135. Могильников В. С., Олейников, А. М., Стрельников, А. Н. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение. М.: Энергоиздат, 1983. - 120 с.

136. Boldea I., Nasar S.A. Linear Electric Actuators And Generators. -Cambrige University Press, 1997. 237 p.

137. Куцевалов В. M. Вопросы теории и расчета асинхронных машин с массивными роторами. М.: Энергия, 1966. - 304 с.

138. Лищенко А. И., Лесник В. А. Асинхронные машины с массивным ферромагнитным ротором. Киев: Наук, думка, 1984. - 168 с.

139. Лиелпетер Я. Я. Жидкометаллические МГД-машины. Рига: Зинатне, 1969.-246 с.

140. Круминь Ю. К. Взаимодействие бегущего магнитного поля с проводящей средой. Рига: Зинатне, 1969. - 246 с.

141. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей / пер. с англ. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 180 с.

142. Gieras J., Piech Z. Linear Synchronous Motors. CRC press, 2000. 270 p.

143. Васьковский Ю. M., Дынник Л. M. Математическое моделирование двухсторонних магнитоэлектрических преобразователей // Техническая электродинамика, 1995. № 3. С. 29 - 32.

144. Потапов Л. А. Математические модели электромеханических устройств с полыми немагнитными роторами для установившихся и переходных режимов работы // Изв. вузов. Электромеханика, 1987. № 4. С. 24-34.

145. Потапов Л. А. Расчет электромагнитного тормоза с немагнитным ротором // Изв. вузов. Электромеханика, 1988. № 6. С. 35 - 44.

146. Лопухина Е.М., Семенчукова Г.А. Проектирование асинхронных микродвигателей с применением ЭВМ. М.: Высш. школа, 1980. 359 с.

147. Goldfine N. et al. Eddy Current Sensor Networks for Aircraft Fatigue Monitoring // Aerospace Health Monitoring, 2003. Vol. 61, № 7. P. 1-13.

148. Smith R.A., Hugo G.R. Capabilities and limitations of transient eddy-currents in multi-layered aircraft skins // Proceedings of the NDT, 2000. P. 211-216.

149. Zenzinger G. et al. Thermographic Crack Detection by Eddy Current Excitation // Nondestructive Testing and Evaluation, 2007. Vol. 22(2). P. 101-112.

150. Zaira M.R.P., Tsamasphyros G.J., Kanderakis G.N. Evaluation of eddy current sensitivity for the inspection of crack propagation under a composite patch // Mechanics, Automatic Control and Robotics. 2003. Vol. 3, № 13. P. 745-754.

151. Исмагилов Ф. P., Саттаров P. P. Анализ времени выработки сигнала вихретоковыми преобразователями со сложной геометрией. / Электромеханические комплексы и системы управления ими/ Межвузовский сб. науч. трудов. Уфа: Изд-во УГАТУ, 1998. - С. 30-33.

152. Хайруллин И. X., Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р. Управляемый демпфер с прорезями в двухслойном роторе в устройствах мехатронных систем // Мехатроника, 2001. № 6. С. 43 - 44.

153. Хайруллин И. X. К расчету магнитного числа Рейнольдса // Труды УАИ, 1973. Вып. 35. С. 134 - 139.

154. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты: учебное пособие. М.: Энергия, 1972. - 248 с.

155. Электромеханические аппараты автоматики: учеб. для вузов/ Б. К. Буль, О. Б. Буль, В. А. Азанов, В. Н. Шоффа. -М.: Высш. школа, 1988. 302 с.

156. Сахаров П. В. Проектирование электрических аппаратов. Общие вопросы проектирования. М.: Энергия, 1971. - 560 с.

157. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р. Периодические режимы в электромагнитных вибрационных преобразователях // Вестник УГАТУ, 2010. Т. 14, №1(36). С. 50-55.

158. Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. X., Саттаров Р. Р., Вафин Л. Ш. Математическое моделирование процессов в электромагнитном вибрационном преобразователе // Вестник УГАТУ, 2004. Т. 5. № 2(10). С. 99 - 103.

159. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р. Исследование виброударного режима в электромеханических реактивных преобразователях // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2010. №2. С.23-27.

160. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р. Математическое моделирование виброударных линейных электромеханических преобразователей // Фундаментальные исследования, 2006. №9. С. 78 - 79.

161. Скубов Д. Ю., Ходжаев К. Ш. Нелинейная электромеханика. -М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003. 360 с.

162. Ходжаев К.Ш. О влиянии нелинейности в ферромагнетике на колебания, возбуждаемые электромагнитами // Механика твердого тела, 1973. № 6. С. 36^16.

163. Хайруллин И.Х., Нурмухаметов М.Н., Исмагилов Ф.Р. К расчету электромагнитного момента демпфера с коническим ротором // Электричество, 1979. № 11. С. 68-71.

164. Хайруллин И.Х., Афанасьев Ю.В. Электромагнитный момент малоинерционного тормоза с полым немагнитным ротором сложной конфигурации // Электричество, 1977. №4. С. 42^47.

165. Саттаров Р. Р., Бабикова Н. Л. Особенности электромагнитных процессов в демпферах с возвратно-поступательным движением. / Электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сб. науч. трудов. -Уфа: Изд-во УГАТУ, 2007. С. 160 - 164.

166. Саттаров Р. Р. Исследование влияния реверса на электромагнитный момент электромеханических демпфирующих элементов // Электричество, 2010. №8.-С.67-71.

167. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р. Электромагнитные процессы в электромеханических демпфирующих элементах // Электричество, 2008. № 10 -С.46-52.

168. Исмагилов Ф. Р., Саттаров Р. Р., Гумерова М. Б. Математическое моделирование динамических режимов электромагнитных демпфирующих элементов // Вестник УГАТУ, 2010. Т. 14, №5(40). С.86 - 90.

169. Саттаров P.P., Терегулов Т.Р., Гумерова М.Б. Моделирование переходных процессов при гашении колебаний электромагнитным демпфером // Электротехнические комплексы и системы: Межвуз. науч. сб. Уфа, 2009.-С. 117-122.

170. Саттаров P.P., Гумерова М.Б. Приближенная оценка динамических процессов в демпферах // Электронные устройства и системы: Межвуз. науч. сб. Уфа, 2010.-С. 253-259.

171. Хайруллин И. X. Электромагнитные переходные процессы в неявнополюсном магнитоэлектрическом тормозе с полым ротором // Электричество, 1978. № 10. С. 85-87.

172. Хайруллин И. X., Исмагилов Ф. Р. Электромагнитные переходные процессы в малоинерционных явнополюсных тормозах и муфтах // Электричество, 1998. № 5. С. 37^10.

173. Саттаров Р. Р., Бабикова H. JI. Элементарная электрическая машина возвратно-поступательного движения / Электромеханика, электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сб. науч. трудов. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2008. - С.233-239.

174. Расчет электромеханических демпферов с распределенной вторичной средой / P.P. Саттаров и др. // Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009616564 от 26.11.2009.

175. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р., Бабикова H. JI. Установившийся режим колебаний в электромагнитных демпферах // Успехи современного естествознания. М.: Академия естествознания, 2007. № 12. С. 117-119.

176. Бабицкий В. И. Теория виброударных систем. М.: Наука, 1978.-352 с.

177. Laithwaite E. Linear electric machines A personal view // Proceedings of the IEEE, 1975. Vol. 63, № 2. - P. 250-290.

178. Саттаров P. P., Мухин M. А. Исследование электромеханических демпферов с распределённой анизотропной вторичной средой // Электроника, автоматика и измерительные системы. Межвуз. сб. науч. трудов. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2009. - С. 164-167.

179. Яншин А. М. Экспериментальное определение моментов от вихревых токов // Космические исследования, 1975. т. XII, вып.2. -С. 153 157.

180. Хайруллин И. X., Саттаров Р. Р., Терегулов Т. Р. Расчет магнитного поля вихревых токов в сплошном сердечнике / Электромеханика, электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сб. науч. трудов. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2003. - С. 61-66.

181. Петленко Б. И., Дергачев А. Е. Оптимизация комбинированного электромагнитного экрана по массе // Электричество, 1990. № 11. С. 62 - 65.

182. Саттаров P.P., Панин М.Г. Расчет и визуализация распределения вихревых токов // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Межвуз. сб. научн. тр. Уфа: УГНТУ, 2010. С. 124-127.

183. Султангалеев Р.Ф. Переменнополюсные ферропоршковые электромагнитные демпфирующие элементы автоматики. Дис. на соиск. учен, степ. канд. техн. наук. - Уфа, 1987. - 182 с.

184. Пытьев Ю. П. Математические методы интерпретации эксперимента: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1989. - 351 с.

185. Кирюхин В.П. Аналитическое определение интегральных параметров тонкостенных немагнитных экранов электрических машин // Электричество, 1973. № 9. С. 34-39.

186. Тамоян Г.С., Хайруллин И.Х. Определение мощности потерь в немагнитном экране статора электродвигателя // Электричество, 1969. №6.

187. Саттаров Р. Р., Исмагилов Ф. Р. Общий метод расчета электромагнитных демпферов с распределенной вторичной системой сложной геометрии // Электричество, 2010. №5. С.37 - 43.

188. Хайруллин И.Х., Нурмухаметов М.Н., Исмагилов Ф.Р. Влияние вторичной системы на электромагнитный момент конического демпфера // Электротехника, 1980. № 6. С. 62 - 64

189. Расчет электромагнитных процессов в индукционных демпферах / P.P. Саттаров и др. // Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2010612327 от 30.03.2010.

190. Основы теории электрических аппаратов / под ред. Г. В. Буткевича. -М.: Высш. школа, 1970. 600 с.

191. Зарипов М. Ф. Элементы теории нелинейных электромагнитных систем с распределенными параметрами. М.: Наука, 1979. - 224 с.

192. Справочник по электротехническим материалам: В 3-х т. / Под ред. Ю.В.Корицкого и др. // Т.З. 3-е изд., перераб. и доп. - 1988. - 726с.

193. Computer simulation of steady-state vibro-impact motion in electromagnetic vibration converters / F. R. Ismagilov, R. R. Sattarov, M. A.Almaev // Workshop on computer science and information technologies CSIT'2009. Crete, 2009.-vol.3.-p. 15-17.

194. Саттаров P. P. Исследование электромеханических преобразователей для виброударных систем // Сборник трудов XVI Симпозиума «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем «DYVIS-2009»». Москва-Звенигород, 2009. С. 301-306.

195. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс. СПб.: Питер, 2000. - 432 с.

196. Дьяконов В. П. Компьютерная математика. Теория и практика. -М.: Нолидж, 2001. 1296 с.

197. Awrejcewicz J., Tomczak К., Lamarque С.Н. Controlling systems with impacts. // International Journal of Bifurcation and Chaos, 1999. Vol. 9. №3. p. 547-553.

198. Статические характеристики электромагнитных вибраторов с сосредоточенными параметрами / Р.Р. Саттаров и др. // Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2010612328 от 30.03.2010.

199. Вафин Л.Ш. Вибрационный электромеханический преобразователь для сигнализатора гололедообразования на линиях электропередач. Дисс. . канд. техн. наук. - Уфа, 2005. - 158 с.

200. Саттаров Р.Р., Алмаев М.А., Гареев Р.И. К расчету кольцевых магнитных цепей с учетом неравномерности магнитного поля // Электротехнические комплексы и системы: Межвуз. науч. сб. Уфа, 2009. С. 67-70.

201. Бессонов JT. А. Теоретические основы электротехники. -М.: Высш. школа, 1978. 528 с.

202. Писаренко Г. С. и др. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А. П. Яковлев, В. В. Матвеев. 2-е изд., перераб. и доп. -Киев: Наукова думка, 1988. - 736 с.

203. Тимошенко С. П., Янг Д. X., Уивер У. Колебания в инженерном деле. 2-е изд. - М.: КомКнига, 2006. - 440 с.

204. Кудашов Н.В. Электроакустическая аппаратура систем автоматического контроля и измерений. М.: Энергия, 1972. 105 с.

205. Измерение электрических и неэлектрических величин / H.H. Евтихиев и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 349 с.