автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Методы, модели и алгоритмы автоматизированного проектирования оптимальных электромагнитных аппаратов

004603485 На правах рукописи

ЛОБОВ Борис Николаевич

МЕТОДЫ, МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

АППАРАТОВ

Специальность 05.09.01. — Электромеханика и электрические аппараты

2 3 СЕН 2010

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Новочеркасск - 2010

004608485

Работа выполнена на кафедре "Электрические и электронные аппараты" в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" и кафедре "Электрические и электронные аппараты" в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (Технический университет)"

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Розанов Юрий Константинович

доктор технических наук, профессор Свинцов Геннадий Петрович

доктор технических наук, профессор Пахомин Сергей Александрович

Ведущее предприятие: кафедра электрических машин и аппаратов ГОУ ВПО "Ростовский государственный университет путей сообщения"

Защита диссертации состоится 29 октября 2010 г. в 10 час. 00 мин. в ауд. 107 главного корпуса ЮРГТУ на заседании диссертационного совета Д.212.304.08 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" по адресу: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)"

Учёный секретарь диссертационного совета Д. 212.304.08

л

Реферат разослан " " сентября 2010 г.

О/.

Скубиенко С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. Перед исследователями и проектировщиками постоянно ставятся новые задачи по разработке электромагнитных аппаратов (ЭМА). При этом естественным является стремление получить возможно более надежную, обладающую высокими технико-экономическими показателями конструкцию аппарата..

Возрастающая сложность указанных задач, большой объём проектных работ определяет необходимость создания и использования систем автоматизированного проектирования ЭМА (САПР ЭМА).

В настоящее время в силу экономических причин прочное положение на рынке занимают универсальные САПР, пригодные для использования в различных отраслях производства. Они охватывают общие, ключевые направления конструирования, подготовки и выпуска чертежно-конструкторской документации любого профиля, технологической подготовки производства, решают другие проблемы. Существует также ряд пакетов программ, предназначенных для выполнения конкретных проектных работ, например, расчёта электромагнитных и температурных полей.

Основными недостатками таких систем и пакетов является их чрезвычайная громоздкость и высокая стоимость - для проектирования конкретного аппарата необходимо собрать и объединить несколько различных систем, решить проблему их информационной стыковки. С помощью существующих систем трудно моделировать сложные конструктивные узлы ЭМА, например, контактные и дугогасительные системы; для оптимального и системного проектирования необходима разработка дополнительного программного обеспечения.

Основная задача, решаемая при создании САПР - это разработка новых и совершенствование существующих математических моделей. Это модели, которые разработаны либо для новых типов ЭМА, например, электромагнитов систем магнитного подвеса, электромагнитых захватов корпусосборочных устройств, либо позволяющие анализировать такие процессы в известных ЭМА, которые раньше учитывались упрощенно или вообще не учитывались. Например, распределение магнитного поля и потерь энергии в стальных пластинах шихтованного магнитопровода электромагнитов переменного тока, сложные условия охлаждения.

Одним из главных узлов ЭМА является электромагнитный привод. Электромагниты применяются и как самостоятельные устройства, используемые в качестве тормозных, грузоподъемных, корпусосборочных и вентильных устройств, систем магнитного подвеса и т.д. Разработка новых электромагнитных приводов (как и ЭМА) требует больших затрат дефицитных и дорогостоящих магнитных, проводниковых и изоляционных материалов. Вместе с тем многие из существующих приводов, например, использующиеся на электроподвижном составе и в электромагнитных вентилях, не соответствуют современному уровню материалоемкости, экономичности и надежности.

Сказанное определяет необходимость разработки методов оптимального автоматизированного проектирования, установление соотношений геометрических размеров, обмоточных данных, магнитных параметров, определяющих

выбор наилучшего варианта по заданным критериям оптимальности и техническим условиям.

Особенно актуальным представляется проектирование и оптимизация конструкции таких механизмов по заданным статическим и динамическим характеристикам, поскольку именно они определяют условия и режимы работы, а, следовательно, и все выходные показатели ЭМА (надежность и долговечность, экономический эффект и т.д.).

Задача сравнения и выбора конструкций основных узлов ЭМА, его кинематической схемы может рассматриваться как вполне самостоятельная. В современной литературе содержатся несистематизированные, фрагментарные сведения по этому вопросу. Множество критериев и множество альтернативных вариантов выбора приводит к необходимости постановки и решения так называемой дискретной задачи векторной оптимизации. Анализ математических методов, которые можно использовать для решения подобных задач показывает, что даже наиболее приемлемый из них - метод многокритериальной оптимизации "Электра" нуждается в серьезной доработке, например, в плане уменьшения присутствующего в нем субъективного фактора.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание научно-практических основ автоматизированного проектирования оптимальных ЭМА путем обобщения и развития существующих и разработки новых эффективных методов математического моделирования, комплекса алгоритмов и программ, объединённых в САПР ЭМА. Это должно привести к сокращению сроков проектирования и повысить технико-экономические показатели ЭМА.

Поставленная цель достигается путём решения следующих задач:

- Разработка и применение универсальной математической модели для выполнения проектных оптимизационных расчетов различных электромагнитов с заданными статическими параметрами и характеристиками.

- Разработка и применение модернизированных математических моделей для выполнения проектных оптимизационных расчетов электромагнитов с заданными динамическими характеристиками.

- Разработка и реализация модифицированных математических моделей для выполнения поверочных электромагнитных расчетов.

- Разработка и реализация модифицированных математических моделей для выполнения поверочных тепловых расчетов на основе теории цепей в одно- и многомерной постановке задачи.

- Разработка и применение экспресс-метода математического моделирования нестационарных магнитных полей и динамических характеристик электромагнитов на базе метода конечных элементов (МКЭ).

- Разработка и реализация модифицированных математических моделей для выполнения поверочных тепловых расчетов электромагнитов на базе МКЭ.

- Разработка и реализация математических моделей для расчета механических характеристик, параметров токоведущего контура, оптимальных параметров щелевой дугогасительной камеры с магнитным дутьем.

- Разработка и применение метода многокритериальной оптимизации, минимизирующего влияние субъективного фактора при решении задач выбора.

- Создание базы данных для автоматизированного выбора конструкций и материалов основных узлов ЭМА.

- Создание САПР низковольтных электромагнитных аппаратов низкого напряжения.

- Определение оптимальных параметров и характеристик электромагнитов подвеса, клапанных, П- и Ш-образных электромагнитов контакторов и реле электровозов, электромагнитных вентилей, быстродействующих переключателей питания, корпусосборочных устройств.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

- Разработана универсальная математическая модель для выполнения проектных оптимизационных расчетов, учитывающая нелинейность магнитной цепи, возможность смещения якоря относительно сердечника в горизонтальной плоскости, влияние на один из 8-ми заданных критериев оптимальности соотношений геометрических размеров, материалов магнитопровода и обмотки 12-ти типов электромагнитов постоянного и переменного тока с заданными статическими параметрами и характеристиками. Она не ограничена по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяет дать количественную оценку каждому типу электромагнита при необходимости сравнения их друг с другом.

- Разработаны универсальные математические модели для выполнения проектных оптимизационных расчетов большинства известных типов электромагнитов постоянного и переменного тока с заданными динамическими параметрами и характеристиками.

Отличительной особенностью данных моделей является учет вибрации якоря при включении, зависимости динамических характеристик от фазы включения (на переменном токе), возможность определения оптимального типа электромагнита, реализующего заданные динамические характеристики.

- Разработаны модифицированные математические модели на базе целевых методов и теории подобия для выполнения поверочных электромагнитных и тепловых расчетов широкого класса электромагнитов, обеспечивающие расхождение с экспериментом не выше 10% на постоянном токе и 20% на переменном токе. Они учитывают нелинейность, увеличение силы притяжения за счет прохождения части магнитного потока сквозь тонкий лист (якорь), наличие технологических зазоров и уплотнений, возможность охлаждения якоря и внутренней боковой поверхности обмотки водой и т.д. Эквивалентные тепловые схемы построены в двух- и трехмерной постановке задачи.

- Предложен экспресс-метод на основе МКЭ для расчета параметров нестационарных магнитных полей и динамических характеристик электромагнитов, исследованы условия его сходимости. Он является "быстрым", учитывает наличие вихревых токов и гистерезиса в сплошных и шихтованных магнито-проводах.

- Разработаны модифицированные математические модели на основе МКЭ для моделирования стационарных и нестационарных температурных полей широкого класса электромагнитов, учитывающие их конструктивные особенности, зависимость от температуры параметров материалов, плотности источников тепла и т.д.

- Предложены оригинальные математические модели для расчета механических характеристик ЭМА, параметров токоведущего контура и оптимальных параметров щелевых дугогасительных камер с магнитным дутьем.

- Разработан обладающий новизной метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок для решения дискретных задач векторной оптимизации - поиска и выбора конструкций и материалов основных узлов и общей компоновки ЭМА. В отличие от известных методов многокритериальной оптимизации здесь путем ввода формализованной процедуры поэтапно выводятся из рассмотрения те или иные альтернативы, задаваемые исходным множеством альтернатив. Процедура не предусматривает задания какой-либо системы предпочтений, то есть результат носит объективный характер.

- Обобщена, систематизирована и дополнена (путем проведения численных экспериментов) информация, позволяющая сравнивать между собой различные конструкции и материалы коммутирующих контактов, способы и устройства гашения дуги, типы электромагнитных приводов и механизмов ЭМА.

- Процесс проектирования ЭМА представлен в виде ряда проектных работ. Предложены возможные последовательности их выполнения - маршруты проектирования, учитывающие взаимное влияние происходящих в ЭМА процессов разной природы, алгоритмы информационно-поисковых, расчетных и чертежных работ, структура, состав прикладного программного и других видов обеспечений САПР ЭМА.

- В виде таблиц, графиков и аппроксимирующих зависимостей предложены рекомендации по выбору оптимальных соотношений геометрических размеров, магнитных индукций (электромагнитов переменного тока) и других параметров широкого класса ЭМА в зависимости от критериев оптимальности, допустимой температуры нагрева, условий охлаждения, фазы включения и т.д.

Практическая ценность. Полученные в диссертационной работе результаты представляют собой научно обоснованные технические решения, рекомендации, методики, алгоритмы, САПР, внедрение которых внесло существенный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области разработки ЭМА. Практическая ценность работы заключается в следующем.

1. Разработан комплекс алгоритмов и программ для оптимального проектирования традиционных и новых модификаций ЭМА разнообразного назначения и конструктивных форм в условиях нелинейных свойств ферромагнитной среды и других.

2. Установлены зависимости оптимальных параметров широкого класса электромагнитных приводов от критериев оптимальности, условий работы, конструктивного исполнения и других параметров, которые могут быть использованы для оптимального синтеза ЭМА.

3. Выполнен анализ стационарных и нестационарных магнитных и температурных режимов электромагнитных приводов быстродействующих переключателей питания, захватов корпусосборочных устройств и электромагнитных вентилей. Получены зависимости расчетных характеристик от конструктивных особенностей аппарата, например, таких как толщина пластин шихтованных магнитопроводов, толщина и материал внешней изоляции обмотки электромаг-

нитного вентиля, число витков и сопротивление обмотки быстродействующих приводов, частоты и фазы питающего напряжения.

4. Предложены и обоснованы конструкции электромагнитных приводов систем магнитного подвеса, тяговых электромагнитных контакторов, контактных систем автоматических выключателей.

5. Создано программное обеспечение и система автоматизированного проектирования ЭМА: приводов, реле, контакторов и пускателей, внедрение которой в практику проектирования позволило в 1,5-2 раза сократить сроки проектирования и значительно повысить качество проектных работ.

Достоверность научных положений и полученных в работе результатов основана на корректности постановки задач исследования и принятых упрощающих допущений; подтверждается применением физически обоснованных математических моделей и удовлетворительным соответствием результатов расчетов с данными, полученными экспериментально на опытных и промышленных установках, как автором, так и другими исследователями, а также достаточно широкой публикацией результатов работы и их обсуждением на научных конференциях различного уровня.

Реализация результатов работы, полученных автором:

- Предложенные методы расчета и САПР ЭМА использовались при разработке конструкций электромагнитов подвеса, установленных на экспериментальных экипажах ВСНТ массой 1 и 3 т, модернизации клапанных электромагнитных приводов контакторов серии МК на заданную статическую тяговую характеристику, реле боксования серии РБ-469, перегрузки серии РТ-253, промежуточных серии РП-280 в ОАО "ВЭлНИИ" г. Новочеркасск. Созданный при непосредственном участии автора информационно- измерительный стенд для исследования силовой части электромагнитного подвеса и устройств автоматики также внедрен в ОАО "ВЭлНИИ".

- САПР аппаратов постоянного тока внедрена во Всесоюзном научно-исследовательском институте низковольтного электроаппаратостроения (г. Харьков). С ее использованием разработаны конструкции электромагнитного привода гибридных переключателей питания, оптимизированы параметры контактных систем автоматических выключателей.

- Внедрение расчетной подсистемы САПР ЭМА на предприятии п/я Г-4406 (г.Тула) сократило время расчетных работ и снизило их трудоемкость.

- Программы расчетов броневых электромагнитных приводов постоянного и переменного тока внедрены на Санкт-Петербургском объединении "Знамя Труда" и позволили создать и освоить выпуск вентилей Т26560-006, Т26562-032, имеющих улучшенные параметры по сравнению с прототипами.

- Метод многокритериальной оптимизации использован при создании ФГУП ПКГТ "ИРИС" микропроцессорной системы управления движением.

- Выполнены расчёты восьмижгутовых шинопроводов трёхфазного переменного тока на ЗАО "Кузлит" г. Азов, полученные рекомендации использованы при изготовлении новых шинопроводов.

- САПР ЭМА использована ОАО "АОМЗ" г. Азов для выполнения поверочных расчётов электромагнитных датчиков момента.

- САПР ЭА рекомендована к внедрению в высших и средних специальных учебных заведениях решением экспертной комиссии АРПКОП от 14.09.95 г.

- Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе: учебных пособиях, лекционных разделах курсов: "Системы автоматизированного проектирования электрооборудования", "Основы проектирования", НИР аспирантов и студентов, курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались на заседании секции электрических аппаратов НТС ВЭлНИИ (1996,2007), международных технических конференциях по нелинейной электротехнике (г.Ильменау, Германия, 1990, г.Крайова, Румыния. 1991), Всесоюзных конференциях "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (г.Тбилиси, 1981, г.Новочеркасск, 1987г.), "Автоматизация проектирования электрических устройств и систем" (г.Истра, 1984г.), "Состояние и перспективы развития локомотивостроения" (г.Новочеркасск, 1994, 2003гг.), межвузовских научно-технических семинарах (г.Иваново, 1978,1979,1980 гг.), межвузовских научно-практических конференциях " Эффективность информационных технологий обучения в высшей школе" (г.Новоросийск, 1994г.), " Компьютеризация учебного процесса по электротехническим дисциплинам"(г.Астрахань, 1995г.), научно-техническом форуме "Высокие технологии-2004"(г.Ижевск, 2004г.), международных научно-практических конференциях и коллоквиумах (г.Новочеркасск, 2002,2003гг.), международной научно-технической конференции (г.Казань, 2005г.), научно-методической конференции (г.Вологда, 2009г.).

Работа проводилась по планам госбюджетных и хоздоговорных НИР Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 78 работ, в том числе: 1 монография, 42 статей в центральных журналах; 2 статьи в реферируемых научно-технических журналах; 11 статей в Сборниках научных трудов; получено 3 патента и 2 сертификата; 18 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы: введение, 5 глав, заключение, список литературы из 305 наименований и приложений. Основной текст - 355 е., приложения - 98 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи настоящей работы, отмечены её научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту.

Глава 1. Универсальная математическая модель оптимального синтеза электромагнитов с заданными статическими параметрами и характеристиками.

Модель предназначена для определения основных параметров и характеристик как традиционных электромагнитов (ЭМ) клапанного, П- и Ш-образного типов, с втягивающимся якорем и стопом, нашедших широкое применение в современных ЭМА, так и ЭМ специального назначения: прижимных

для корпусосборочных устройств, подвеса для высокоскоростного наземного транспорта, приводных для быстродействующих переключателей питания и др.

Её особенностью является то, что при переходе от одной конструкции к другой структура алгоритма и метод оптимизации остаются неизменными. Изменяется количество («„) переменных (X), диапазоны их изменения, количество и вид ограничений (т), критерий оптимальности (К), формулы для расчета магнитных проводимостей воздушных промежутков и число участков в схеме замещения. Обоснованно используется метод скользящего допуска, и задача оптимального проектирования формулируется следующим образом: найти ех!г К(Х), X е В при ограничении ФСкС<> - Т(Х) > 0. Значение критерия скользящего допуска Фи/*' на £-ом этапе поиска:

Я.+]

Положительно определённый функционал Т(Х) над множеством всех основных функций, задающих ограничения-неравенства:

Ф« = тт<! Ф<»>, -1- V - II к Ф|? = 2 • / .

П0,5

т

Т(Х) = +

I иг&Х)

Здесь и, = 0 при §{Х) > 0 и (У, = 1 при < 0.

Исходными данными для расчета являются значения, определяющие: заданную статическую тяговую характеристику; тип проектируемого привода и особенности его конструктивной схемы; режим и условия работы ЭМ; вид критерия оптимальности: К,=Р/Ц К2=Р/И, К3=Р, К4=Ркр, К5-=Ц, Кй=М, К7=¥, К$=И,Р%г=ЛмЬ/УЫ„т>+I ЛсЩХ^, при оптимизации достигается максимум критериев К\ - К4 или минимум критериев К5 - здесь Р, И, О, Ц, М, V, - тяговое усилие, потребляемая мощность, сила тяжести (вес), стоимость, масса и объём ЭМ, Лм,Лц,Лс -весовые коэффициенты, Мми„,Л'ми11,Цми11 -минимальные значения соответствующих показателей, полученные при частной оптимизации; материал магнитопровода (детали магнитопровода могут быть выполнены из разных магнитомягких материалов).

Структурно модель состоит из трёх основных блоков. Первый, в котором осуществляется предварительный расчёт размеров ЭМ, и второй - блок поверочного расчёта встроены в третий - блок оптимизации. Структура схем замещения, используемых во втором блоке, формулы для расчёта магнитных проводимостей и другие параметры модели подобраны таким образом, чтобы обеспечить расхождение результатов расчёта и эксперимента не более чем 10% для электромагнитов постоянного тока и 20% для переменного тока. В некоторых случаях для определения магнитных проводимостей и других параметров проведены специальные исследования. Например, для П-образного ЭМ подвеса, рис.1, при с Ф 0 магнитные проводимости 1-го и 2-го зазоров не равны друг другу и определяются как

Аа, =М06(Я.2_5+Я.,_2+ Л82= РоИК-П +^7-8 + ^11-12). (0

где

^■7-8>

проводимости соответствующих областей, найденные путём физического моделирования.

Использование данной модели при проектировании ЭМ для систем-магнитного подвеса Высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ) позволило не только определить оптимальную конструкцию ЭМ и её параметры, но и выявить ряд интересных закономерностей, свойственных указанным электромагнитам.

На рис. 2-5 представлены Рис. 1. Эскиз электромагнитного подвеса некоторые результаты оптимизацион-П-образного типа

ных исследований таких ЭМ. Видно (рис.4), что увеличение магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре приводит к уменьшению массы магнито-провода (Ми), при этом масса обмотки (Мм) вначале падает, а затем увеличивается. Это определяет наличие экстремумов критериев К\ и (рис.2,5). Определены значения доставляющие максимумы К\ и К2 при различных значениях усилия Р, рабочего зазора 5, ширине феррорельса 2оЫ и других исходных данных. к,

36

32

20

а 0.01М

ч 0,015 к

\ \\ NN

0.02 ч V \ \

N \ V:

0,03, \

/У к* " *»"

600-

100

/

/V //

✓

/ / / / Рп

11 II ¡1 N чч

1 II и ч

Ь 1

0.2 0.4 0.6 0,8 1,0 1,2 1,4 В6, Тл

Рис.2 - Зависимость К/ от Вг при 2а+<#=0,09 м,

5=0,005 м:-Р=200Н;---/> = 300Н;

---/> = 400 Н;----Р - 500 Н

0 0 0.5 1,0 1,5 С*

Рис.3 - Зависимость силы стабилизации Рс и подъёма Р„ от смещения С : — — — опыт, расчет

М, кг 20 16 12

1

1

VI 5001 400 1

м ч\ 300 700

ч XX V •ч т^ч^з - -

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 В6,Тп

Рис.4 - Зависимости М„ (------) и Мст (-)от

Вь при 5 = 0,005 м, а = 0,01 м, (1- 0,07 м

0.2 0,4 0,6 0.К 1,0 1,2 1,4 Я-Дл Рис.5 - Зависимость Кг от Вь при ./=2А/мм2; 5 = 0.005 м, а = 0.01 м, с1= 0.07 м На рис.3 приведены зависимости составляющих Р : силы стабилизации Рс и подъёма Рп от смещения ЭМ в горизонтальной плоскости относительно феррорельса. Использование явления самостабилизации позволяет облегчить условия работы системы регулирования при возникновении боковых смещений экипажа ВСНТ, а, следовательно, и электромагнита.

Применение при сварочных работах в кораблестроении электромагнитных захватов не только значительно повышает производительность труда, но и существенно увеличивает срок службы корпусов. Эти захваты работают при постоянной величине рабочего воздушного зазора 5, Его значение определяется толщиной немагнитных покрытий поверхности стального листа, а также неровностью поверхности, зависящей от допуска на неплоскостность и наличия дополнительной правки на специальных установках при сборочных работах.

/

а/2

а/2

Кожух

а)

Рис.6 - Эскизы электромагнитов корпусосбороч-ных устройств с прямоугольным (а) и круглым (б) поперечным сечением

Качественный анализ, проведенный в работе, позволяет базовой для электромагнитных захватов считать конструкцию Ш-образного ЭМ. Поперечное сечение среднего стержня магнитопровода может быть прямоугольным или круглым (рис.6). Обмотка располагается на среднем стержне. Использование захватов осуществляется вручную, поэтому решалась задача минимизации массы таких устройств.

В результате проведённых исследований выбрана оптимальная по массе конструкция захвата, получены зависимости ВЫтт в рабочем воздушном зазоре, МДС и массы захвата от а!ая, lid, 6 при различных значениях тяговых усилий и толщины листа (ая), рис.7, 8. Для практического использования получены пара-

16

12

10 //

9 J 8 уу

_____

\ \ 7 6 /

\

\ \

ч > ¡4

7. -.

N \ 1

"I 1,5 2 2,5 а!ая

Рис.7. Графики зависимостей оптимальной массы М от отношения размеров а/ая при 1/(1= 0,5 и: 1 - Р=2,5 кН, ая= 5 мм; 2 - />=2,5 кН, ая= 3 мм; 3- Р =5 кН, а,= 8 мм; 4- Р =5 кН, 5мм; 5 -/=10 кН, а„= 12 мм; 6 -,Р=10 кН, а„= 8 мм; 1-Р=\5хН,а,= 14 мм; 8 - 15 кН, а„= 12 мм; 9 - Р=20 кН, ам= 1 б мм; 10 - .Р=20кН, а,= 14 мм

5

4 3

2

1

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Ш

Рис.8. Графики зависимостей оптимальной массы М от отношения размеров Ис1 при: 1 -? = 2,5кН,а, = 3 мм; 2-Р = 5 кН,а,= 5 мм; 3-Р = 10 кН, а, = 8 мм; = 15 кН,оя= 12 мм; 5 - Р = 20 кН, а. = 14 мм

При проектировании ЭМ клапанного типа для тяговых контакторов серии МК на заданную статическую тяговую характеристику получены варианты конструкций, имеющие в два раза меньшую массу и на 35% меньшую потребляемую мощность по сравнению с прототипами.

Получены и использованы при проектировании электромагнитных клапанов трубопроводной арматуры зависимости ЭМ броневого типа переменного тока от значений тяговых усилий, рабочих зазоров, допустимой температуры нагрева обмотки и соотношений геометрических размеров.

При проектировании ЭМ П - и Ш - образного типа переменного тока на заданную статическую тяговую характеристику, жёсткость которой соответствует контакторам серии КТ, установлено, что ЭМ Ш - образного типа имеют примерно на (12-30)% меньшие значения массы и на (5-7)% потребляемой мощности, чем ЭМ П - образного типа. Сравнение ЭМ П - и Ш - образного типа с плоскими и П - и Ш - образными якорями показало, что оптимальные ЭМ с Пи Ш- образными якорями имеют меньшие массы, чем ЭМ с плоскими якорями.

Установлены зависимости массы, мощности, потребляемой в установившемся режиме нагрева, соотношений геометрических размеров ЭМ броневого, П - и Ш - образного типа от магнитной индукции в рабочем зазоре, тягового усилия, допустимой температуры нагрева обмотки и других параметров. Эти зависимости рекомендуется использовать на стадиях технического предложения и эскизного проекта, а также для выбора начальных значений указанных параметров при оптимизационных расчетах.

Глава 2. Типовые математические модели для оптимального синтеза электромагнитов с заданными динамическими характеристиками.

Представлены математические модели для оптимального синтеза ЭМ с заданными динамическими характеристиками. Эти модели используются при проектировании ЭМ, определяющими в работе которых являются динамические режимы (быстродействующие, форсированные, работающие в повторно-кратковременном режиме и т.д.). Используются известные соотношения:

я/ т т

Здесь = ¿(х)г, Цх) = п'2 С{х), т — приведённое значение массы под-

6(0

вижной системы; с - коэффициенты, определяющие усилия, зависящие от скорости перемещения £&/Л и перемещения х; и(/),К - напряжение, ток и активное сопротивление обмотки; Ь(х) - потокосцепление и индуктивность обмотки; £ - площадь сечения полюса (полюсного наконечника), в случае системы с двумя рабочими зазорами S - суммарная площадь сечения магнитопровода; С(х) - функция, учитывающая падение магнитного потенциала в стали магнитопровода и нерабочих зазорах, "выпучивание" магнитного потока в рабочем зазоре и потоки рассеяния в магнитной системе.

Получено аналитическое выражение, определяющее изменение во времени напряжения на обмотке ЭМ, при заданном законе изменения во времени скорости перемещения или перемещении подвижной части:

На основании этого выражения предложен алгоритм оптимального (с минимальным объёмом, при заданных ограничениях по напряжению, магнитной индукции в магнитопроводе и среднему превышению температуры обмотки) проектирования, обеспечивающий синтез размеров ЭМ, имеющего расхождение между заданной и расчетной характеристиками не более 20%.

Разработан двухэтапный алгоритм оптимального синтеза конструкции и параметров ЭМ переменного тока на заданную динамическую характеристику сЫ/А или х ЭМ, учитывающий влияние фазы питающего напряжения а 0 на ди-

намические характеристики и обеспечивающий погрешность расчета не более 21%. На первом этапе определяются значения Ь(х) и Я, при которых реализуется экстремум одного из динамических показателей (например, минимум энергии, потребляемой из сети за время срабатывания). На втором этапе определяется тип, геометрические размеры и обмоточные данные ЭМ, имеющего минимальное значение критерия оптимальности (объём, масса, стоимость, мощность потребляемая в стационарном режиме и т.д.).

Поиск оптимального варианта в пределах заданной группы магнитных систем осуществляется по алгоритму, позволяющему определить минимум, например, объема для каждого типа ЭМ, провести их сравнение и выдать в качестве результата систему с наименьшим значением объема.

Поскольку фаза напряжения а о является равновероятной, то для достижения заданных динамических свойств ЭМ должен включаться в сеть либо с помощью устройства включения на заданную фазу, либо при анализе решения задачи первого этапа в качестве результата должно быть выбрано значение фазы а о, соответствующее наибольшему из минимальных величин критерия.

Исследование влияния соотношений геометрических размеров на временные параметры и динамические характеристики ЭМ постоянного тока показало:

- при постоянной площади обмоточного окна время трогания и срабатывания минимально при отношении высоты окна к его ширине у/х = 1,5-4. Конкретное значение у/х зависит от значения площади обмоточного окна, уменьшаясь при увеличении последнего. Механический и магнитный КПД при увеличении у/х растёт. Энергия, потребляемая из сети в процессе срабатывания, минимальна при у/х =6-7;

- при постоянной площади обмоточного окна время трогания и срабатывания минимально при отношении радиусов полюсного наконечника и сердечника Х=1,2-1,5. Изменение X от 1 до 2 приводит практически к двукратному уменьшению энергии, потребляемой из сети, и потерь в активном сопротивлении обмотки. Кинетическая энергия уменьшается при этом в 10 раз;

- при постоянном объёме электромагнита, рис.9, перечисленные выше динамические показатели изменяются примерно также как и при постоянной площади обмоточного окна;

- при постоянной мощности, потребляемой электромагнитом в установившемся режиме, энергия, потребляемая из сети в процессе срабатывания, потерь в активном сопротивлении, кинетическая и механическая минимальны при у/х =6-11. Конкретное значение у/х зависит от значения указанной мощности, уменьшаясь при уменьшении последнего.

Исследование влияния соотношений геометрических размеров на временные параметры и динамические характеристики ЭМ переменного тока показало:

- зависимости динамической эффективности и механического КПД от а/х, рис.10, имеют максимумы при у / х = 2,2-2,5, а зависимости времени движения и срабатывания - минимумы при у / х = 2,5-2,7;

- время срабатывания максимально при 0^=1,57 и примерно вдвое отличается от своего минимального значения при ао=0;

- время трогания максимально при ао=2,11 и примерно в 6 раз отличается от своего минимального значения при ао=1,15;

- оптимальными, с точки зрения минимума времени трогания, являются ЭМ, имеющие отношение высоты обмоточного окна к ширине полюса, равное 0,6-1,2, и отношение ширины обмоточного окна к ширине полюса, равное 0,41,0. Конкретные значения указанных отношений зависят от заданных значений объёма, начального противодействующего усилия и рабочего воздушного зазора, числа витков обмотки и других параметров,

■ - дэ

ни у к л/

¡/А

V- /V

г

. ✓ '

\\ \

iv' 1/2/3 ш?.

0.1

Рис.10 - Динамические характеристики электромагнита переменного тока при а о= 1,178 рад.

о 3 6 9 12 сг/х

Рис. 9 - Графики зависимостей IV от а/х при Х= 1,5:1 - V' = 80, 2 - К* = 110, 3-К*=140

Глава 3. Модифицированные математические методы и модели поверочных расчетов электромагнитов

В диссертационной работе предложено несколько модифицированных моделей, а также экспресс-метод для поверочных расчетов, которые применимы для всех, рассматриваемых ЭМ, и в этом смысле обладают известной универсальностью. Они позволяют учитывать нелинейность, вихревые токи и гистерезис, наличие малых неравномерных воздушных зазоров, уплотняющих колец, внутренней и внешней изоляции катушек, воздушных зазоров между катушкой и сердечником, катушкой и ярмом или корпусом, одновременное охлаждение рабочей жидкостью и воздухом и другие конструктивные особенности.

В диссертации рассматриваются модели для численного решения системы уравнений, описывающих распределение магнитных потоков в электромагните, в том числе и неравномерное распределение по длине якоря:

где

магнитные сопротивления стержней магнитопровода, определя-

ются величиной модуля магнитного потока в стержнях Ф(у), рис. 11; гтж-магнитное сопротивление якоря, определяется потоком в якоре Ф(г).

Практическая постановка задачи расчета магнитной системы определяет граничные условия для системы (2). Например, если задан комплекс действующего значения магнитного потока ф|Л=0= Ф; _0 = Ф(0)> то значения магнитных напряжений Vт (0) между стержнями и между якорем и стержнем Отг (0) вычисляется по выражению:

о. (0)=(0)=Ф(0)(Лвд1 + ¿„и2)+(Ф(*))+Ф (Ф 00+¿„г (Ш),

где ¿тд2 - магнитное сопротивление второго воздушного зазора, учитывает наличие во втором зазоре короткозамкнутого витка, охватывающего часть стержня магнитопровода, ¿т определяется потоком в якоре, равным Ф(г), ¿т1,2т2 определяются потоком в стержнях Ф(_у).

В основании магнитопровода должно выполняться граничное ус-

Ш-.)

ловие:

где

Рис. 11. Эскиз электромагнита П-образного типа и расчетная топология магнитного поля

магнитное сопротивление основания магнитопровода, зависит от магнитного потока в основании. Считая, что через торцы якоря проходят одинаковые потоки Ф,|г=г1 = Фя|г=г2' оп"

ределяем граничные условия для магнитных напряжений на торцах якоря:

Предложенный алгоритм обладает универсальностью - применим для

Рис.12.Расчетная схема распределения магнитных потоков в !4 части магнитопро-вода электромагнитного захвата.

Важнейшей частью поверочных расчётов являются тепловые расчеты, позволяющие определить температуры нагрева отдельных частей ЭМ. Исходными данными являются размеры и материал ЭМ, тепловые потери в его обмотке, магнитопроводе и КЗ витке, условия охлаждения (в том числе кон-

фигурация и размеры каналов для охлаждающих сред).При построении математических моделей учитывались зависимости физических постоянных воздуха и воды от температуры, коэффициенты теплоотдачи по конвекции (естественной или вынужденной) определялись по критериальным уравнениям.

При решении уравнения теплового баланса принимаются допущения: электромагнит (рис.13) разбивается на элементы, температура внутри каждого принимается постоянной; источники тепла каждого элемента сосредоточены в его геометрическом центре. При этих допущениях уравнение теплового баланса можно преобразовать в систему нелинейных алгебраических уравнений:

j * hj,i=I

dl £ ru

где v„ Ci, у— объём, удельная теплоёмкость и плотность материала г'-го элемента; X,j — удельная теплопроводность пути, длиной r,j между г-м и ]-м элементами, соприкасающимися по

поверхности Л', - активные потери в г-м элементе.

Для более строгого исследования процессов в электромагнитных аппаратах используются полевые методы. В работах Бахвалова Ю.А., Ковалева О.Ф., Курбатова П.А., Майергойза И.Д., Никитенко А.Г., Новика Я.А., Павленко A.B., Тозони О.В. и др. разработаны методики и алгоритмы численного расчета магнитных и тепловых полей для различных электромагнитных устройств, основанные, в основном, на МКЭ, МИУ, МГЭ.

В то же время для решения "полевых" задач широко применяются пакеты программ: Maxwell, FEMM, COSMOS и др. Однако представляет теоретический и практический интерес разработка методик, позволяющих частично или полностью устранить недостатки существующих алгоритмов и пакетов программ, оценить влияние вихревых токов, малых зазоров и других конструктивных особенностей на выходные характеристики ЭМ.

Основньм недостатком традиционных численных методов расчета электромагнитных полей в нестационарных режимах на базе МКЭ являются относительно большие вычислительные затраты, связанные с необходимостью переформирования глобальной матрицы на каждом итерационном шаге (нелинейная задача) даже в пределах одного шага по времени. Для уменьшения указанных затрат предложен экспресс-метод анализа электромагнитных полей в нестационарных режимах работы.

Плотность тока в проводящей среде представляется суммой «вихревой» и «потенциальной» составляющими. Считаем, что распределение магнитного по-

Рис.13 - Схема разбиения 'Л части электромагнита подвеса ВСНТ на элементы

тенциала внутри каждого элемента (в том числе, и вихревые токи) подчиняются определённой аналитической зависимости - полиному, степень которого определяется видом конечного элемента. В этом случае вихревые токи могут быть выражены через потенциалы узлов и перенесены в левую часть уравнения:

где ¡К] - глобальная матрица жёсткости; вектор-столбец источников поля; {л} - вектор-столбец векторного магнитного потенциала, описанный через базисные функции {А(х, >>,()} = [N(1, >>)] \а{1)} .

Заменив производную конечно-разностной схемой в средней точке временного интервала, получим при переходе к итерациям для любого момента времени рекуррентную схему Крэнка-Николсона (схему с центральной разностью):

На каждом временном шаге решение системы (3) ищется до выполнения условия тах|{дл},+1 - {м}(| <е0, где е0 >0 - заданная точность вычислений. Здесь [а:'] и [с*] - неизменная часть, [дк] и [дс] - часть, изменяющаяся на каждом шаге итерации, / - номер итерации.

Для вычисления поправочных коэффициентов воспользуемся формулами для двумерного симплекс-элемента:

[кьИН [феИ.

с»!

где е - общее количество элементов в рассматриваемой расчётной области а е — текущий симплекс-элемент.

Вычисляя произведение матриц и считая толщину элемента единичной, получим

С,Ъ. к ч

Ь/ cJ '

с, с, ск Ье- -1

_1_

1 1 2 45д

6,6, 6,6, ЬД

1 ¿А ъ,ь„ ' с, с, с,с)

1 V- Ь1Ь) *>А + 1 с/с*

V ь„ь, ЬкЪ; ¿>А. СкС, СкС , с*с»

ЬД ' с,с, с,°к '2 1 1

¿А + с1°- 1 ^ + — 7 Д1 12 1 2 1

С,С1 1 1 2

Итерационный процесс заканчивается при условии

{д}=-И{4+И=°-

Достаточным условием сходимости итерационного процесса в пределах шага по времени

Мм,+И' {д}

считается выполнение неравенства } ' [до]^ < 1, здесь р - спектральный радиус матрицы.

сходимости

Поскольку [ДО]) <|| [о-]-1 [дс]||, то используем в качестве условия

"(о"]"' [до]||< 1, в пределах одного элемента

«•'И

-Ци' 2

'М

<1,

Нет необходимости в пересчёте на каждом шаге итерации матрицы С (она рассчитывается один раз), значительно сокращается число итераций и время счёта на каждом шаге по времени, и в целом по всему процессу.

Предлагаемый экспресс-метод позволяет в 3-4 раза сократить время расчёта в пределах одной итерации по времени. Наибольший эффект наблюдается при расчёте нестационарных электромагнитных полей и динамических характеристик электромагнитов.

В современной практике используются приближенные рекомендации при выборе толщины листов. В частности, при промышленной частоте 50 Гц применяют листы толщиной 0,35 - 0,5 мм, при частоте 400 Гц - листы толщиной 0,1 - 0,35 мм и т.д. В работе получены зависимости потерь на гистерезис и вихревые токи от толщины листов и частоты. Задача решалась моделированием на элементарном объёме с использованием экспресс-метода.

Зависимости долей удельных потерь от вихревых токов Л(/) и гистерезиса РИ(/) в процентном отношении

ру =

Ру

р» + рь

100%, рА =

РН

Ру + РИ

-100%

<\шв

24

представ-

лены на графиках рис. 14,а,б.

п.

V; „ .

\ -М> - ■*

\ \

\ • /

V • /

ГЛ , V

/. ч N _

> / X

/ ¿РЬ

\

\ч

V

\ \ /

** *

>сч

У л —.

[/

/ / 1/

7

/.ы

[1 I 2.»4>$ЛЧ*9 /|,1(!Ч> .... ...

а) И)

Рис. 14 - Зависимости долин удельных потерь на вихревые токи и гпстеречис

в процентом отношении (от общих потерь): а) -ог толщины листа; б) - от час км ы сети

Результаты расчетов времени срабатывания и потерь энергии на вихревые токи при различных фазах включения и толщине стальных пластин, из которых набирается магнитопровод ЭМ Ш-образного типа, позволяют сделать вывод, что потери энергии в стали примерно пропорциональны времени сраба-

тывания ЭМ и обратно пропорциональны квадрату толщины пластин шихтованного магнитопровода, что подтверждает теоретические выводы.С помощью разработанного метода выполнялись поверочные расчеты электромагнитных захватов. Результаты расчетов для одного из них, выполненного из электротехнической стали и имеющего размеры: а = 0,04 м, Ь = 0,162 м, с = 0,022 м, с1 = 0,019 м, а, = 0,02 м, при различных значениях рабочих воздушных зазоров и МДС обмотки представлены в табл.1.

Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными показывает, во-первых, что они отличаются друг от друга не более чем на 4%. Во-вторых, оказывается возможным определить расчетный рабочий воздушный зазор, который для рассматриваемого захвата на номинальное усилие Ртч=10 кН при ^=535 А составляет 0,15 мм (табл. 1).

Таблица 1 - Результаты расчета электромагнитного захвата

б,м Ррас\ Н Ржа',Н е,%

436 0,001 756,1 - -

0,003 84,1 87,5 3,88

0,005 30,3 30 1

535 0,0001 11343 - -

0,00025 7922,8 - -

0,001 920,5 - -

0,003 103,1 100,2 2,89

0,005 37,1 36 3,06

726 0,001 1230,2 - -

0,003 140,0 136,0 2,94

0,005 50,4 49 2,86

При уменьшении толщины листа магнитный поток, проходящий сквозь, лист увеличивается, одновременно наблюдается увеличение потоков рассеяния между стержнями. На рис.15 приведена картина магнитного поля для захвата, имеющего /*"= 535 А, 5= 0,15 мм при а, = 3 мм.

ая =3 мм

Рис. 15 - Картина магнитного поля для захвата при /-"=535 А, 5=0,15 мм

Износостойкость электрического аппарата и его временные параметры обуславливаются характером протекающих в нем динамических процессов. Поэтому разработка быстродействующих электромагнитных устройств, обладающих достаточно высоким сроком службы, невозможна без тщательного изучения переходных режимов работы электромагнита и оптимизации его параметров. Задача расчета динамики решается в два этапа. Вначале из расчета магнитного поля определяются зависимости потокосцепления и тягового усилия от тока и рабочего зазора, а затем находятся динамические характеристики. Эскиз электромагнита быстродействующего переключателя питания приведен на рис.16. Его характерной особенностью, как и электромагнитного захвата, является относительно малый ход якоря (рабочий зазор), значительно меньше тол-

л"---------------------------------¡^ щины пакета магниитопрово-

' да (5/6< 0,1).

Поэтому магнитное поле при расчете принимается плоскопараллельным. Кроме того, считаем, что кривые намагничивания ферромагнитных материалов однозначны, токи равномерно распределены по обмоточному окну. Тяговое усилие Р определяется по известному распределению магнитного поля в расчетной области по формуле Рис. 16- Эскиз быстродействующего электромагнита Максвелла.

Для двумерной задачи Р = Р* + Рх2, составляющие тягового усилия

р, +Вупу)Вх-0,5В\]с11-,

М-о I

/'( =—|{(Вл + вл.)В1-0,5Б2п1]Л; где В = ^В2Х +В

Но ;

Динамические процессы при включении электромагнита описываются известными уравнениями:

сРх

Потокосцепление на единицу толщины электромагнита можно опреде-

N

лить по формуле У = где = (А +Л, +А)/3>

Аи,А21, А3. - значения векторного магнитного потенциала в вершинах г -го треугольника; 5, - площадь /-го треугольника; Б'^п^^)-

функция, принимающая значение 1 при JЭj <0; 0 при J3i > 0.

На рис.17 и 18 даны зависимости временных показателей электромагнитов (варианты 1 и 2) от К. и и-, а также экспериментальная зависимость Гср от Л при м>=316;РП!, = 1 ООН;« = О,2кг;£/ = 400В;хтах =3,5мм;Л=7 Ом.

мс

0,3

0.2

Л,Ом

Рис. 17 - Зависимости временных параметров от сопротивления обмотки

мс 0,40,20-

1 I

'jBl \

Кг К (т2

0

60

120 180 240 w Рис.18 - Зависимости временных параметров от числа витков обмотки

Для получения высокой точности решения тепловых задач в работе предлагаются две модифицированные математические модели. Первая для расчёта стационарных температурных полей, вторая - для нестационарных.

Обмотки намагничивания многих электрических аппаратов обладают осевой симметрией и, как показывает опыт, даже для различных условий теплоотдачи с наружной поверхности обмотки (например, при соприкосновении катушки с арматурой аппарата и т.д.), благодаря большой теплопроводности меди вдоль намотки, в установившемся режиме температурные поля в различных радиальных сечениях незначительно (2-3%) отличаются друг от друга. Это дает право рассматривать в качестве расчетной области радиальное сечение катушки и считать задачу двухмерной.

Уравнение теплопроводности, являющееся математической моделью обмотки, для двухмерной области в цилиндрических координатах имеет вид

, э2е 1. эе , э2е

(4)

с граничным условием для конвективного теплообмена

' О

(5)

(6)

дг'г ' дг либо с теплонепроницаемой границей

Обоснованно используя метод Ритца, в вариационной трактовке метода конечных элементов решение дифференциального уравнения (4) с граничными условиями (5) и (6) эквивалентно отысканию минимума энергетического функционала

Ъг

dz

Объемная плотность источников нагрева численно равна мощности, выделяемой в единице объема катушки, и определяется приложенным напряжением. Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется из критериального уравнения Нуссельта для свободного движения охлаждающей среды. Эта зависимость имеет вид ак — 1,13(у)0,25, где / - высота катушки.

Проверка результатов расчёта по предложенной модели показала, что расхождение с экспериментом не превышает 6%. Предложенный алгоритм позволяет рассчитать температурное поле электромагнитов, а, следовательно, и важную характеристику — максимальную температуру с учетом зависимостей коэффициентов теплопроводности, теплоотдачи и плотности источников тепла от температуры.

При расчете плоскопараллельных нестационарных температурных полей МКЭ решается общее дифференциальное уравнение теплопроводности

эе . э2е , э2е

с граничными условиями для конвективного теплообмена

либо с граничными условиями для теплонепроницаемой границы

ЭЭ/Эл = 0; (8)

Решение уравнения (7) эквивалентно отысканию минимума энергетического функционала:

Индексы V и 5 в операциях интегрирования обозначают интегрирование по объему и внешней поверхности расчетной области. Следует отметить, что граничные условия вида (8) при использовании метода конечных элементов учитываются автоматически.

Рис.20 — Зависимость времени нагрева до допустимой температуры от величины МДС обмотки

1600 2000 2400 2800

Г,к

Тестирование разработанного алгоритма проводилось при решении задач для тел с простыми геометрическими формами и идеальными условиями теплоотдачи (формула Ньютона-Рихмана), а также на известных, подтвержденных экспериментально, исследованиях.

Зависимость времени нагрева до допустимой температуры от величины F, полученная по вышеназванным зависимостям, приведена на рис. 20.

Глава 4. Алгоритмы автоматизированного проектирования основных узлов электромагнитных аппаратов (ЭМА).

ЭМА можно представить в виде взаимодействующих узлов (механизмов) исполнительного, передаточного и приводного. В качестве исполнительного выступают главные и блокировочные контакты, токоведущий контур и дугога-сительное устройство. Передаточный механизм представляется в виде совокупности рычагов, опор, осей, защелок, пружин и др. Приводным механизмом является электромагнит.

При проектировании ЭМА выполняются информационно-поисковые, расчетные и чертежные (графические) работы. Первые определяют возможность разработки нового или модернизации существующего аппарата в соответствии с требованиями технического задания (ТЗ). Здесь осуществляется поиск прототипа, проверка на патентную чистоту и патентоспособность.

Расчеты, выполняемые при проектировании ЭМА, удобно разделить на проектные, позволяющие по данным ТЗ получить основные массогабаритные и другие параметры оптимальной конструкции, и поверочные, подтверждающие соответствие характеристик этой конструкции, заданными в ТЗ. С помощью чертежных работ изготавливается главная часть конструкторской документации: чертежи деталей, узлов и аппарата в целом. Таким образом, процесс проектирования ЭМА можно представить в виде структурной схемы (рис. 20). Машинная реализация приведенного процесса возможна в виде в виде различных маршрутов проектирования.

Возможные маршруты проектирования ЭМА выбираются в зависимости от требований технического задания, характеристик используемых математических моделей, опыта и интуиции проектировщика.

В диссертационной работе впервые в практике аппаратостроения выполнена систематизация конструкций и материалов, применяемых при проектиро-

Техннческое задание

Информационно-поисковые работы

I

Расчётные работы

Исполнительный механизм

Передаточный

механизм

Приводной механизм

Т оптимизация

I =

Чертежные работы

Проектно-конструкторская документация

Рис. 20 - Укрупненная структура процесса проектирования электромагнитного аппарата

вании ЭМА, по типам (видам) и условиям применения. Проведено ранжирование каждого типа (вида) по критериям оптимальности и показателям, определяющим их условия применения. Таким образом, создана информационная часть (база данных) подсистемы выбора конструкций и материалов САПР ЭМА. Составлены пять информационных массивов, объединяющих условия и критерии оценки с конструкциями основных узлов ЭМА, видами материалов и схем:

1. Материалы коммутирующих контактов (45 материалов и 14 параметров оценки).

2. Конструкции коммутирующих контактов (14 конструкций и 7 параметров оценки).

3. Конструкции дугогасительных систем (29 конструкций и 8 параметров оценки).

4. Конструкции (типы) электромагнитных приводов (21 тип и 15 параметров оценки).

5. Кинематические схемы ЭА (18 схем и 14 параметров оценки).

Условия и критерии оценки (хотя последние и в меньшей степени) определяются заданием на проектирование ЭМА.

В качестве примера рассмотрим содержание одного из указанных выше информационных массивов - кинематические схемы ЭМА.

Большое количество типов коммутационных ЭМА, их отличие по роду и величине тока, числу и виду коммутирующих контактов, по условиям эксплуатации обуславливает наличие различных кинематических схем.

Анализ литературных данных позволяет выделить 18 основных типов кинематических схем (рис. 21). Их можно разделить на две группы: с жесткой связью якоря с подвижными контактами и без жёсткой связи. Первая группа в свою очередь делится на механизмы с поворотными звеньями -это односторонние двухзвенные (схемы 1-3), двухсторонние двухзвенные (схемы 3,4) и с прямоходовыми звеньями - горизонтальные (схемы 6,7), вертикальные (схемы 8-11). Вторую группу составляют схемы: 12 - горизонтально движущиеся контакты и якорь, соединённые поворотным рычагом; 13 - горизонтально движущиеся контакты и вертикально движущийся якорь, соединённые поворотным рычагом; 14 - горизонтально ^ движущиеся контакты и вертикально

Рис. 21 - Кинематические схемы ЭМА движущийся поворотный якорь;

ч г к

о4 ч Л 1 --

15 - вертикально движущиеся контакты и горизонтально движущийся поворотный якорь; 16 - верти- кально движущиеся контакты и горизонтально движущийся якорь, соединённые поворотным рычагом; 17 - вертикально движущиеся контакты и в вертикальной плоскости движущийся поворотный якорь; 18 - пальцевые контакты, движущиеся в вертикальной плоскости и горизонтально движущийся прямоходовой якорь.

Выбор типа кинематической схемы зависит в основном от назначения (типа) аппарата и его электромагнитного привода, долговечности, занимаемой площади на панели или щите, габаритов и стоимости аппарата, простоты его обслуживания и регулировки, возможности создания типоисполнений, износа рабочих поверхностей якоря и сердечника, наличия или отсутствия вибрации контактов при включении. Каждая схема оценена по сравнению с другими одновременно по всем или некоторым из приведенных выше показателей весовыми коэффициентами важности (бальными оценками).

Результаты таких оценок представлены в таблице, где в качестве столбцов выступают типы кинематических схем, с нумерацией, соответствующей схемам (рис. 21), а в качестве строк - параметры, определяющие выбор той или иной схемы. Таким образом, каждая из кинематических схем оценивается определённым комплексом балов (один по каждому показателю) - векторной оценкой.

Математические модели для расчёта основных параметров исполнительных и передаточного механизмов составлены путём обобщения и развития результатов работ Брона О.Б., Буткевича Г.В., Витенберга М.И., Залесского А.М., Долинского В.В., Ступеля Ф.А., Таева И.С., Хольма Р.Э.

Впервые разработана универсальная математическая модель для автоматизированного расчета статических характеристик противодействующих сил наиболее распространенных типов ЭМА, учитывающая главные механические усилия, действующие в ЭМА, соотношения их плеч, конфигурацию кинематической схемы и расположение в пространстве её звеньев.

Разработан машинный алгоритм расчета параметров токоведущих контуров ЭМА. С целью повышения точности расчета алгоритм включает в себя этапы проектного расчета, выполняемого по традиционным эмпирическим выражениям, и поверочного расчета, когда решается система дифференциальных уравнений теплопроводности и определяется распределение температуры, например, по контуру (рис.22).

Искомые значения температур 0 участков контура определяются при решении системы дифференциальных уравнений стационарной теплопроводности. Для /-го участка такое уравнение имеет вид

где х, - координата, вдоль которой осуществляется перенос тепла за счет теплопроводности; Кг, - коэффициент теплоотдачи участка, учитывающий теплоотдачу конвекцией и излучением, а также взаимное влияние участков; л„ р0„ а, -удельная теплопроводность, удельное сопротивление про 0°С и температурный коэффициент сопротивления материала участка; р„ В, - периметр и площадь сечения участка.

-27-/i

Рис. 22 - Эскиз токоведущего контура электромагнитного аппарата

Создан алгоритм оптимизационного проектного расчета наиболее часто применяемой в ЭМА щелевой дугогасительной камеры с магнитным дутьём (рис. 23), позволяющий учитывать ограничения по температуре нагрева стенок камеры, перенапряжениям в цепи, отключаемой проектируемым аппаратом, времени гашения и скорости движения дуги в камере. Данный алгоритм в отличие от известных позволяет рассчитать размеры минимальной по объёму камеры, в которой выполняется Рис. 23 - Эскиз щелевой дугогасительной ка- условие гашения дуги и все перемеры электромагнитного аппарата численные выше ограничения.

Время горения дуги определяется при численном решении уравнения баланса напряжений цепи с дугой. Для расчёта максимального напряжения при обрыве дуги используются эмпирические выражения, в том числе при токах до 10 А - полученные автором работы.

Глава 5. Система автоматизированного проектирования ЭМА

САПР ЭМА предназначена для выполнения с помощью ЭВМ IBM PC AT, PS/2 и других, совместимых с IBM PC поиска прототипа, расчетных и чертежных работ при проектировании низковольтных ЭМА с электромагнитным приводом: контакторов, пускателей, реле, исполнительных электромагнитных механизмов. Область применения системы определяется следующими ограничениями:

номинальное напряжение главной цепи, В — до 1 ООО номинальный ток главной цепи, А - до 630;

номинальное напряжение привода, В - до 380

число главных и блокировочных контактов - не ограничено; охлаждение - естественное воздушное и/или водяное;

тил электромагнита - клапанный, броневой, П - и Ш - образного типа с пря-моходовым или поворотным якорем;

тяговое усилие электромагнита при рабочем воздушном зазоре, кН - до 10.

Основными структурными частями САПР ЭМА выступают проектирующие подсистемы. Проектирующими являются подсистемы: информационного поиска (ПСИП), автоматизации расчетных работ (ПСАР), автоматизации чертежных работ (ПСАЧР). К обслуживающим относятся мониторная система и система управления базой данных. Первая организует управление процессом проектирования: распределение устройств вычислите л ьно й техники, вызов программ, организацию диалога. Вторая выполняет операции записи, поиска и преобразования данных в процессе функционирования САПР.

В состав ПСИП входит экспертная система "Выбор конструкции ЭМА". При создании прикладного программного обеспечения решены задачи:

-разработка структуры и состава программного обеспечения; -разработка программ и подпрограмм решения отдельных задач; -комплектация программ и подпрограмм в подсистемы и пакеты прикладных программ.

Для формализации процедуры выбора технического решения разработан метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок, представляющий собой развитие метода многокритериальной оптимизации Электра. Укрупнено алгоритм метода имеет вид:

1.Формирование таблицы векторных оценок.

Например, исходный материал для такой таблицы это информация о 28 различных вариантах построения дугогасительной системы ЭА, каждый из которых оценивается по 8 критериям, так что получение собственно таблицы оценок в данной ситуации сводится к представлению данной информации в принятом в теории решения многокритериальных задач виде.

2. Определение Парето-оптимального подмножества векторных оценок.

3. Построение бинарных отношений.

Бинарное отношение на множестве векторных оценок строится аналогично построениям в методе Электра [9], но при этом в рассматриваемом методе не оперируют конкретными значениями весовых коэффициентов. Для конкретной таблицы оценок результат их сравнения строится в виде дробей:

дс+д,+... + д„ дк + д„+... + дг дк + д„ + -+д,

1Р+ + ....... + '

где в числителе суммируются обозначения критериев, по которьм /-я векторная оценка лучше ./-й, а в знаменателе - обозначения критериев, по которым г'-я векторная оценка хуже у-й. Изначально предполагается, что каждая дробь может быть>, <, =1.

4. Анализ полученных отношений в плане выявления равенства и линейной зависимости.

5. Проведение диалоговой процедуры с проектировщиком и, по совокупности с результатами этапа 4, построение множества орграфов. В нашем примере это

50 орграфов.

6. Определение ядра каждого из орграфов на множестве.

Если после применения метода единственный вариант технического решения не получен, то возможны следующие подходы:

а) если полученных вариантов немного 2-3, и они близки по физической сути, их можно считать эквивалентными, и выбрать для реализации любой;

б) можно вернуться к началу решения задачи и уточнить состав критериев и значения компонент векторных оценок;

в) можно, с учетом описанных выше уточнений, вернуться к процедуре диалога.

Разработанный метод не имеет ограничений по области применения, и его целесообразно использовать при решении любых задач выбора или принятия решений.

САПР ЭМА использована при разработке электромагнитных клапанов трубопроводной арматуры, прижимных электромагнитов корпусосборочных устройств, электромагнитов систем магнитного подвеса ВСНТ, модернизации тяговых электромагнитных контакторов серии МК, а также П- и Ш-образных электромагнитов переменного тока.

В приложении приведены табличные данные расчетов, лабораторных исследований, пример проектирования с помощью САПР ЭМА контактора, акты внедрения.

Основные результаты н выводы.

В диссертации разработан комплекс методов и алгоритмов для автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов, выполнены исследовательские и проектные работы, необходимые при создании ЭМА различных конструкций и назначения. Основные результаты диссертационной работы могут быть представлены в следующем виде:

1. Автоматизация проектирования электрических аппаратов определяется объективной необходимостью создания более совершенных конструкций, ускорения сроков проектирования и повышения производительности труда конструкторов. Реализация автоматизированного проектирования потребовала разработки новых математических моделей, более строго отражающих физические процессы, происходящие при работе электрических аппаратов, условия и режимы работы аппаратов.

2. Обоснована и реализована трехуровневая структура процесса проектирования электрического аппарата, первый уровень которой составляют модели и алгоритмы проектных оптимизационных расчетов, второй - поверочных, основанных на методах теории цепей, а третий - поверочных, основанных на методах теории поля. Такой подход позволяет решать различные задачи проектирования электрических аппаратов наиболее экономичным образом и с приемлемой точностью.

3. Получены оптимальные значения магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре и стали электромагнитов переменного тока с втягивающимся якорем и стопом, зависящие от величин тяговых усилий и рабочего зазора, кри-

терия оптимальности, условий работы механизма и т.д. Показано, что оптимальными для исследованных случаев являются электромагниты с наибольшей индукцией в магнитопроводе, не превышающей 1,1 Тл.

4. Разработана универсальная математическая модель и алгоритм проектного оптимизационного расчета электромагнитов постоянного и переменного тока различных конструктивных форм на заданные статические тяговые характеристики. Погрешность расчета по сравнению с экспериментом составила не более 10% для электромагнитов постоянного тока и не более 20% для переменного тока. Разработанный алгоритм реализован в виде модуля САПР ЭМА и использовался при проектировании электромагнитов подвеса ВСНТ, электромагнитных захватов, электромагнитных приводов контакторов типа МК и других устройств.

5. Предложен ряд новых алгоритмов проектных оптимизационных расчетов электромагнитов постоянного и переменного тока на заданные динамические тяговые характеристики. Отличительной особенностью данных алгоритмов является возможность проектирования оптимальных механизмов на заданные электромагнитные (например, тяговая) и механические (перемещение, скорость, ускорение) характеристики с повышенной точностью. Определены соотношения геометрических размеров, обеспечивающие экстремумы различных критериев оптимальности.

6. Для реализации второго уровня проектирования составлены модифицированные алгоритмы поверочных электромагнитных и тепловых расчетов, основанные на методах теории цепей. Погрешность расчета в этом случае составляет менее 10%. Алгоритмы реализованы в виде модулей САПР ЭМА.

7. Предложены новые математические модели и алгоритмы для определения параметров электромагнитных и тепловых полей, а также расчета интегральных характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока различных конструкций. Отличительной особенностью указанных моделей является многократное уменьшение времени счета, учет потерь на вихревые токи и гистерезис в шихтованных магнитопроводах. Расчетные алгоритмы позволяют осуществлять полевые расчёты как в статическом так и в динамическом режимах работы. Погрешность расчетов не превышает 4%.

8. При разработке прикладного программного обеспечения САПР ЭМА составлены универсальные алгоритмы расчета механических характеристик и дугогасительных устройств электрических аппаратов постоянного и переменного тока различных конструктивных форм.

9. Предложен новый метод многокритериальной оптимизации - метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок, разработана база знаний, позволяющая на основе этого метода осуществить выбор прототипа проектируемого электромагнитного аппарата, его привода, контактов, дугогасительного устройства и передаточного механизма, входящая в качестве подсистемы в САПР ЭМА.

10. Разработана база знаний для выбора конструкций и материалов коммутирующих контактов, способов гашения электрической дуги, вида кинематической схемы и типа электромагнитного привода.

11. Разработана САПР ЭМА, ее программное, лингвистическое, информационное и другие обеспечения. Система реализована на персональных компьютерах типа ШМ PC , внедрена в практику проектирования и учебный процесс. Использование САПР ЭМА позволяет в 3-5 раз ускорить процесс проектирования электромагнитных аппаратов при одновременном повышении качества проектных работ.

Содержание работы отражено в следующих основных публикациях.

Публикации в периодических научных и научно-технических изданиях, в которых рекомендуется публикация основных результатов докторских диссертаций

(по решению ВАК Минобразования России)

Монография

1. Математическое моделирование и автоматизация проектирования тяговых электрических аппаратов / А.Г. Никитенко, В.Г. Щербаков, Б.Н. Лобов, J1.C. Лобанова; Под ред. А.Г. Ники-тенко, В.Г. Щербакова. М.: Высш. школа, 1995. - 610 с.

Публикации в »едущих научных изданиях

2. Никитенко А.Г., Наталевич К.В., Лобов Б.Н., и др. Экспериментальное исследование электрической душ постоянного тока // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1975.- №6(46).- С.2-6.

3. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я О влиянии геометрических соотношений на время трогания электромагнита переменного тока // Изв. Вузов Электромеханика,- 1976 - №1.-С.46-53.

4. Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Палий В .Я., Лобов Б.Н. Моделирование аа ЭВМ магнитной цепи электромагнита с ферромагнитным экраном // Электротехника.- 1976.- №8.-С.30-35.

5. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Влияние геометрических соотношений на динамические характеристики электромагнита с ввешним поворотным якорем // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1977,- №1(59).- С.7-11.

6. Гринченков В.П., Палий В.Я., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Математическое моделирование переходных характеристик электромагнитов с массивными магаитопроводами // Электротехника,- 1977,- №2,- С.50-54.

7. Лобов Б.Н., Палий В Л., Никитенко А.Г. Синтез динамики электромагнитов // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1977.- №3(61).- С.9-11.

8. Никитенко А.Г., Наталевич К.В. , Лобов Б.Н. и др. Исследование гашения электрической дуги при отключении индуктивных цепей постоянного тока // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения - 1977.- №4(62).- С.6-7.

9. Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Лобов Б.Н., Палий В .Я. Оптимизация параметров электромагнитов подвеса// Изв. вузов Электромеханика.- 1978,- №2.- С.1306-1310.

10. Палий В-Я., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. и др. Расчёт электромагнита системы магнитного подвеса высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ) // Изв. вузов Электромеханика. -

1978.- №7,- С.712-717.

11. Лобов Б.Н., Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Алексеева Г.А. Автоматизация проектирования электромагнитных механизмов постоянного тока // Изв. вузов Электромеханика,-

1979,-№4.- С.310-317.

12. Лобов Б.Н. Расчет стационарного температурного поля электромагнита П-образного типа постоянного тока// Изв. вузов Электромеханика,- 1979.- №6.- С.40-46.

13. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Проектирование электромагнита с заданной тяговой характеристикой // Изв. вузов Электромеханика,-1981.- №8.- С.899-903.

14. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Арпохова И.И., Палий В.Я. О влиянии геометрических размеров на динамические показатели электромагнита клапанного типа // Изв.вузов Электромеханика,-1981.-№11,-С.1214-1221.

15. Никитенко А.Г., Могилевский Г.В., Лобов Б.Н. Расчет динамики включения электромагнита постоянного тока // Изв.вузов Электромеханика.-1982.- № 1.- С.48-51.

16. Никитенко А.Г., Палий В.Я., Лобов Б.Н., Гринченков В.П. Алгоритм расчета стабилизирующих сил электромагнитного подвеса // Изв. вузов Электромеханика.- 1984,- №7- С.50-54.

17. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Гринченков В.П., Тындик В.В. Информационно-измерительный стенд для комплексного исследования электромагнитных систем // Изв. вузов Электромеханика- 1985,- №4 - С.81-84.

18. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Модуль автоматизированного расчета механических характеристик электромагнитных аппаратов // Изв. вузов Электромеханика.-1987.-№8.- С.80-83.

19. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Модуль автоматизированного расчета параметров дугогаси-тельного устройства электрических аппаратов // Изв. вузов Электромеханика,- 1988,- №5,-С.79-83.

20. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Пакет программ автоматизированного проектирования токо-ведущей цепи электромагнитного аппарата // Изв. вузов Электромеханика.- 1988.- №6.- С.94-99.

21. Никитенко А.Г., Краснов E.H., Лобов Б.Н., Гринченков В.П. Оптимизация геометрии электромагнитных захватов корпусосборочных устройств // Изв. вузов Электромеханика. -1990.-№9,- С.66-70.

22. Никитенко А.Г., Краснов E.H., Гринченков В.П., Лобов Б.Н. Расчет силовых характеристик электромагнитных захватов корпусосборочных устройств // Изв. вузов Электромеханика- 1991,-№3,- С. 100-104.

23. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Гринченков В.П. и др. Синтез характеристик и анализ энергетических соотношений электромагнитных механизмов переменного тока // Изв. вузов Электромеханика,-1991.- №11.- С.63-67.

24. Щучинский С.Х., Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Об оптимальном проектировании электромагнитов переменного тока// Изв. вузов Электромеханика.- 1993.- №2.- С.73-79

25. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г., Краснов E.H., Гринченков В.П. Оптимизация электромагнитных захватов броневого типа// Изв. вузов Электромеханика.- 1993,- №3,- С.48-51.

26. Никитенко А.Г., Ковалёв О.Ф., Лобов Б.Н., Щучинский С.Х. Расчет стационарного температурного поля электромагнитного привода методом конечных элементов // Изв. вузов Электромеханика,- 1993.- №4,- С.69-77.

27. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Системы автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов // Изв. вузов Электромеханика,- 1994,- №3,- С. 14-18.

28. Ковалёв О.Ф., Лобов Б.Н., Краснов E.H. Расчет нестационарного температурного поля электромагнитных захватов методом конечных элементов// Изв. вузов Электромеханика.-1995,-№1-2.- С.24-29.

29. Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Щербаков В.Г. Численное моделирование магнитного поля и силовых взаимодействий электромагнитного захвата корпусосборочных устройств комбинированным методом // Электротехника. - 1997.- №10.-С.37-40.

30. Лобов Б.Н. Оптимизация электромагнитов переменного тока с втяжным якорем и стопом // Изв. вузов Электромеханика. - 2002.- №2.- С.41-45.

31. Лобов Б.Н. Выбор конструкции электромагнитного привода// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2003.-Спец.вып.: Проблемы мехатроники-2003.-С.16-20.

32. Лобов Б.Н., Палий В.Я. Выбор конструкции и материала контактов при проектировании электромагнитных аппаратов //Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики,- 2003,- №4/2003,- С.44-49.

33. Лобов Б.Н., Белокопытов С.Л., Ким P.A. Метод равнозначных критериев и его применение для выбора конструкции дугогасительного устройства // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. наужи.-2004.-№1.-С .32-36.

34. Лобов Б.Н., Палий В.Я., Мацупин Г.П. Устройство форсированного включения электромагнитного привода// Изв. вузов Электромеханика. -2004.- №1.- С.67.

35. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П. Выбор кинематической схемы при проектировании электромагнитных аппаратов // Изв. вузов Электромеханика,- 2004.- №3,- С.39-43.

36. Белокопьггов С.Л., Лобов Б.Н., Тушканов Н.Б., Деревявкина H.A. Методика рационального выбора варианта построения электрического аппарата по многим критериям// Изв. вузов Проблемы энергетики,- 2005,- №3-4.- С.55-61.

37. Лобов Б.Н., Плахотин О.Б. Оптимизация электромагнитного механизма по статическим и динамическим показателям качества //Изв. вузов Электромеханика - 2006,- №1,- С.33-37.

38. Лобов Б.Н., Ковалёв О.Ф., Подберёзная И.Б. Влияние вихревых токов на потери в шихтованных и сплошных магнитопроводах электромагнитов переменного тока// Изв. Вузов Сев-Кав. регион Технические науки. - 2006. - №2. - С.32-39.

39. Подберёзная И.Б., Лобов Б.Н., Ковалёв О.Ф. Экспресс-метод анализа электромагнитных полей в нестационарных режимах// Изв. вузов Электромеханика,- 2007.- №2,- С.7-9.

40. Лобов Б.Н. Алгоритм расчёта параметров зоны короткозамкнутого витка электромагнита переменного тока// Изв. вузов Электромеханика.- 2010.-№1,- С.77-79.

41. Лобов Б.Н. Формализация выбора способов гашения дуги в низковольтных электрических аппаратах // Изв. Вузов Сев.-Кав. регион Технические науки,- 2010,- №1,- С.64-66.

42. Лобов Б.Н. Алгоритм параметрического синтеза электромагнитов // Изв. вузов Сев.-Кав. регион Технические науки,- 2010,- №2,- С.53-58.

43. Лобов Б.Н. Системный подход к проектированию электромагнитного аппарата // Изв. вузов Электромеханика.- 2010.- №2,- С.19-22.

Материалы и тезисы докладов Международных и Российских конференций

44. Безус В.А., Гринченков В.П., Никитенхо А.Г., Лобов Б.Н. Исследование квазидинамических процессов в электромагнитах подвеса // Итоги и перспективы создания высокоскоростного наземного транспорта: тез. докл. Второй Всесоюз.науч.техн, конф.-М.,1980.-С.16-17.

45. Лобов Б.Н.,Палий В_Я., Гринченков В.П.,Никитенко А.Г. Подсистема САПР электромагнитов подвеса// Итоги и перспективы создания высокоскоростного наземного транспорта: тез. докл. Второй Всесоюз.науч.техн. конф.-М.,1980.-С.34-35.

46. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Гринченков В.П. Расчет электромагнитных полей в электрических аппаратах // Состояние и перспективы развития электровоз, в стране: тез.докл. 5 Все-союз.науч.-техн. конф.-М., 19SI.-C.67.

47. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Система автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов постоянного тока // Автоматизация проектирования электрических устройств и систем. Тез. докл. Всесоюз. семинара. Истра. 1984. С.47-51.

48. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Бахвалов Ю.А., Лобанова Л.С., Гетманский A.A. Система автоматизированного проектирования электромагнитной аппаратуры электровозов// Состояние и перспективы развития электровоз, в стране: тез.докл. 6 Всесоюз.науч.-техн. конф,-М.,1987.-С,72

49. Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Гревцов В.Н., Лобов Б.Н. Синтез характеристик и анализ геометрических соотношений электромагнитных механизмов переменного тока. XXY International Wissenchaft Kolloquium. Ilmenau, BKD, 1990,- S.29-31.

50. Никитенко А.Г., Краснов E.H., Гринченков В.П., Лобов B.H. The research and design optimum elektromagnetic grips. Исследование и разработка оптимальных электромагнитных устройств. // 40 years of electrical enginiering education in Craiova. The international conference on applied and theoretical electrotechnics, 21-23 November, 1991 / Craiova, Romania, 1991.- B. 24.

51. Лобов Б.Н. Система автоматизированного проектирования тяговых аппаратов на базе персонального компьютера // Состояние и перспективы развития локомотивостроения. Тез. докл. Международной науч.-техн. конф. Новочеркасск. 1994. С. 89.

52. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г., Лобанова Л.С. Оптимальное проектирование тяговых электромагнитных аппаратов по заданным динамическим характеристикам // Состояние и перспективы развития локомотивостроения. Тез. докл. Международной науч.-техн. конф. Новочеркасск. 1994. С. 90.

53. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Система автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов // Эффективность информационных технологий обучения в высшей школе: тез. докл. Межвуз. науч.-практ.конф.- Новороссийск, 1994.-С.64-65.

54. Лобов Б.Н. Учебная система автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов (САПР ЭА) // Компьютеризация учебного процесса по элекгротехн. дисциплинам: тез.докл. 3-ей межвуз. науч.-метод.конф.-Астрахаш>,1995.-С.145-146.

55. Лобова Т.В., Ткачев А.Н., Лобов Б.Н. Учет вихревых токов в шихтованных магнитопро-водах электромагнитов переменного тока // Сб. ст. и крат, сообщ. по материалам науч.-техн. конф. студ. и аспир. НГТУ, г. Новочеркасск, 10-25 аир. 1996 г. / Новочерк. гос. техн. ун-т. -Новочеркасск: НГТУ, 1996. - С.67-68.

56. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Сохадзе Г.В, О синтезе динамики электромагнитов с использованием схем замещения магнитной цепи // Теория цепей и сигналов (ТЦиС-96) : тез.докл. 3-й Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, г. Таганрог, 11-15 сент. 1996г. / Новочеркасск: Ред.журн. Изв.Вузов.Электромеханика, 1996.-С.88.

57. Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Численное моделирование плоскопараллельного магнитного поля электромагнитных систем оборудования электроподвижного состава. //Состояние и перспективы развития электроподвижного состава. Тез. докл 2-ой Междунар. конф. Новочеркасск, 1997. С.114-115.

58. Лобова Т.В., Ткачев А.Н., Лобов Б.Н. Учет вихревых токов при моделировании переходных режимов работы транспортного электрооборудования электровозов // Состояние и перспективы развития электроподвижного состава: тез.докл. 2-ой Междунар. конф .- Новочеркасск, 1997.- С.110-111.

59. Лобов Б.Н., Палий В.Я. Алгоритм расчета процессов в выключателе бытового освещения // Моделирование. Теория, методы и средства: материалы, междунар. науч.-практ. конф. , г. Новочеркасск, 5 апреля 2002г.:В 4ч./Юж.-Рос.гос.техн.ун-т.-Новочеркасск: ООО НПО "ТЕМП",2002.-Ч.4.-С.4-6.

60. Лобов Б.Н., Палий В.Я., Лобанова Л.С., Мацупин Г.П. Формализация выбора конструкции электромагнитного аппарата // Состояние и перспективы развития электроподвижного состава: тез. докл. IV Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 17-19 июня 2003г. / ОАО НПО "НЭВЗ". - Новочеркасск, 2003 . - С.283-285.

61. Лобов Б.Н., Белокопытов С.Л. Методика рационального выбора варианта построения электрического аппарата по многим критериям // Электрооборудование, электроснабжение, электросбережение: материалы науч.-техн. конф., г.Ижевск 24-28 мая 2004г.: науч.-техн. форум с междунар. участием "Высокие технологии-2004".-Ижевск: Изд-во Ижгту,2004,- С.76-82

Другие издания

62. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г., Бахвалов Ю.А. Разработка САПР электромагнитной аппаратуры электровозов // Электровозостроение: Сб. трудов. / ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1978, Т. 19. С.32-35.

63. Лобов Б.Н., Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Алексеева Г.А Пакет прикладных программ для автоматизированного проектирования электромагнитных механизмов / Автоматизация проектирования в электротехнике и энергетике: Сб. науч. тр. / ИЭИ. Иваново, 1978,С.86-94.

64. Лобов Б.Н., Дубов В.В., Никитенко А.Г. и др. Экспериментальное определение усилия левитации электромагнита подвеса // Электровозостроение. Высокоскоростной наземный транспорт: Сб. трудов. / ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1979, Т.19. С.43-49.

65. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Палий В.Я., Гринченков В.П. Алгоритм и программа оптимального проектирования П-образного электромагнита // Теория и расчеты электрических машин и аппаратов: Межвуз. сб. науч. трудов./ ИЭИ. Иваново, 1979.- С.91-98.

66. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. О выборе расчетного значения индукции в рабочем зазоре при проектировании электромагнитов постоянного тока. Сб. науч.тр. Электрические машины и аппараты. Чебоксары, 1980. С.52-57.

67. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Бахвалов Ю.А. Разработка системы автоматизированного проектирования электромагнитной аппаратуры электровозов // Электровозостроение: Сб. трудов. I ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1988, Т.29. С.88-94.

-3568. Лобов Б.Н., Щучинский С.Х., Золоев В.Б. Алгоритм теплового расчета электромагнита переменного тока. Сб. науч. тр. Уплотнения трубопроводной арматуры. ЦКБА. С.Петербург, 1991. С.32-39.

69. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Система автоматизированного проектирования тяговых электромагнитных аппаратов (САПР ТЭА) на базе персонального компьютера // Электровозостроение: Сб. науч. тр. /ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1995, Т.35. С.82-89.

70. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Учебная система автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов (САПР ЭА): Сертификат ассоциации разработчиков и пользователей компьютерных обучающих программ №24/95/ Выдан 14.09.1995.

71. Лобов Б.Н., Тимакова И.Р. Выбор конструкции электромагнита: Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611795. Выдано РОСПАТЕНТОМ 28.07.2003

72. Лобов Б.Н. Выбор способа гашения дуги при проектировании электрических аппаратов // Электрика - 2004,- №1.

73. Патент на изобретение №2277288. Российская федерация МКИ Н02Р1/00.Устройство форсированного включения электромагнитного привода постоянного тока от сети трёхфазного переменного тока / Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В .Я,- Опубл. 27.05.2006. Бюл. №15.

74. Патент на изобретение №2277734. Российская федерация МКИ Н01Р7/18.Устройство питания электромагнитного привода постоянного тока от источника переменного тока / Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я.- Опубл. 27.01.2006. Бюл. №15.

75. Патент на изобретение №2246774. Российская федерация МКИ Н01Н7/03. Электромагнит с задержкой времени при срабатывании / Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я.- Опубл. 20.02.2005. Бюл. №5.

76. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Плахотин О.Б. Выбор схем форсированного питания электромагнитов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. -2006.- №3(52).-С. 102-110.

77. Лобов Б.Н., Медведев В.В, Плахотин О.Б. Оптимизация магнитной системы тягового контактора МК-201// Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. -2006. - №1(50). -С.229-235.

78. Лобов Б.Н., Лобанова Л.С. Метод оптимизации технических решений при проектировании тяговых электрических аппаратов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. - 2007. - №2(54). - С.137-143.

Личный вклад автора в результаты работ, опубликованных в соавторстве: предложена и реализована идея [1,11,18,27,33,36-39,45, 47,48,52,53,55,58-63,67-71,73-78]; разработка методик и алгоритмов расчета ЭМА [1,7,19-21,24,25,32,33,37,39,52,56,59,65]; разработка методики и проведение экспериментальных исследований силовых, электромагнитных и тепловых параметров и характеристик ЭМА[1,2,6,8,13,17,29,64]; проведены теоретические исследования и численные эксперименты [1,3-5,9,10,14-16,21-23,26,28,29,34,38,44,57,66]; обобщены и дополнены результаты исследований, проведённых другими авторами [32, 35, 46, 49, 50, 55, 58, 60, 71, 76].

Лобов Борис Николаевич

МЕТОДЫ, МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ АППАРАТОВ

Подписано в печать 20.08.2010 Формат 60 х 90 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Уч. печ. л. 2,0. Тириж 100 экз. Заказ № 48-712.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, тел. 255-305

Список условных обозначений '

Введение

В1. Актуальность проблемы 16 В2. Общая характеристика работы '

Глава 1. Универсальная математическая модель оптимального синтеза электромагнитов с заданными статическими параметрами и характеристиками

1.1. Постановка задачи и описание модели

1.2. Алгоритм оптимального синтеза электромагнитов •

1.3. Оптимизация электромагнитов постоянного тока

1.4. Оптимизация электромагнитов переменного тока 96 Выводы по первой главе

Глава 2. Типовые математические модели для оптимального синтеза электромагнитов с заданными динамическими характеристиками

2.1. Определение закона управления оптимальных электромагнитов с заданными динамическими свойствами

2.2. Проектирование электромагнитов переменного тока с заданными динамическими характеристиками

2.3. Влияние геометрических соотношений приводов постоянного тока на временные параметры и динамические характеристики

2.4. Влияние геометрических соотношений приводов переменного тока на временные параметры и динамические характеристики

Выводы по второй главе

Глава 3. Модифицированные математические методы и модели поверочных расчетов электромагнитов

3.1. Моделирование на основе теории цепей

3.1.1. Расчет магнитных характеристик

3.1.1.1. Универсальный алгоритм расчета магнитных систем

3.1.1.2. Модифицированная модель анализа электромагнитных захватов

3.1.2. Расчет тепловых характеристик

3.1.2.1. Алгоритм расчета распределения температур в поперечном сечении электромагнитного вентиля

3.1.2.2. Алгоритм расчета распределения температур в объеме электромагнита подвеса

3.2. Моделирование на основе теории поля

3.2.1. Расчет электромагнитных характеристик

3.2.1.1. Экспресс-метод анализа электромагнитных полей в нестационарных режимах

3.2.1.2. Влияние вихревых токов на потери в шихтованных магнито-проводах и время срабатывания электромагнитов переменного тока

3.2.1.3. Примеры использования экспресс-метода при поверочных расчётах электромагнитных устройств

3.2.2. Расчет тепловых характеристик

3.2.2.1. Модифицированная математическая модель для расчета стационарных температурных полей электромагнитных вентилей

3.2.2.2. Модифицированная математическая модель для расчета нестационарных температурных полей электромагнитных захватов

Выводы по третьей главе

Глава 4. Алгоритмы автоматизированного проектирования основных узлов электромагнитных аппаратов (ЭМА)

4.1. Постановка задачи

4.2. Автоматизированное проектирование передаточного механизма

4.2.1. Выбор кинематической схемы

4.2.2. Автоматизированный расчет механических характеристик

4.3. Автоматизированное проектирование коммутирующих контактов и токоведущего контура ЭМА

4.3.1. Выбор конструкции и материала коммутирующих контактов

4.3.2. Расчет параметров токоведущего контура

4.4. Проектирование дугогасительного устройства ЭМА

4.4.1. Выбор способа гашения дуги

4.4.2. Расчет и оптимизация параметров щелевой дугогасительной Камеры с магнитным дутьем

4.5. Выбор конструкции электромагнитного привода

Выводы по четвёртой главе

Глава 5. Система автоматизированного проектирования ЭМА

5.1. Назначение и структура САПР ЭМА

5.2. Виды обеспечения автоматизированного проектирования

5.3. Формализация выбора конструкции ЭМА

5.3.1. Постановка задачи

5.3.2. Метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок и его применение для выбора конструкции ЭМА

5.4. Методика использования системы 327 Выводы по пятой главе 332 Заключение 333 Список использованных источников 336 Приложения 358 П1. Документы, подтверждающие внедрение разработок автора 359 П2. Пример использования САПР ЭМА для расчета параметров контактора постоянного тока

ПЗ. Математическое обоснование процедуры решения ДМКЗ методом последовательного сужения исходного множества векторных оценок

П4. Результаты расчета электромагнитных захватов корпусосборочных устройств

П5. Результаты экспериментального исследования низковольтной электрической дуги постоянного тока

П6. Результаты расчета П- и Ш-образных ЭМ переменного тока

Список условных обозначений

А;В, С- коэффициенты, учитывающие удельную проводимость рассеяния потока между деталями магнитопр'овода и "выпучивание'' потока в зазорах; Л-векторный магнитный потенциал;

А^,ВК,Н-К = 2НС +8^— размеры; ду гогасительнош камеры; ;

Ап - 2,3'10"8 (В/град)2 - число Лоренца; :

Ап—полезная механическая ¿работа;

А р - вектор^ координатами которого являются относительные размеры и магнитная индукция в рабочем, воздушном зазоре или на неэкранированной части полюса; среднее значение векторного потенциала на / - м треугольнике; а, ая, Ь, с, (1, И, /?Вр, /гС1., /, /я, ги, гс, с!с - размеры электромагнитов; Л -вектор: индукции магнитного поля; 2?5 - среднее значение магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре; , :^нас - индукция насыщения материала магнитопровода; Ва - индукция в стали магнитопровода в его наиболее насыщенном сечении; . •

Ь*,с*,(Г- геометрические размеры, представленные в относительной форме;

Сс— параметр электромагнита, зависящий от его геометрических размеров и насыщения экранированной и неэкранированной частей полюса;

Се- стоимостное выражение заданного значения одной из технических характеристик электромагнитного захвата (масса, сила тяги, надежность);

Ск - капитальные затраты;

Сэ - эксплуатационные затраты; с — удельная теплоемкость; си-коэффициент, определяющий усилие, зависящее перемещения х; сск-удельная.теплоемкость материала стенок дугогасительной камеры; ск, л"ПрК - жесткость контактной пружины и ее предварительная деформация; £> - коэффициент, зависящий от конструкции электромагнита и значения параметра у; с1вр — диаметр провода;

УД- диаметр дуги; яем — коэффициент демпфирования;

Е — вектор напряжённости электрического поля; ег,е:, ех,еу— направляющие косинусы нормали тепло отдающей поверхности по отношению к осям координат;

Е- магнитодвижущая сила обмотки (МДС); - начальное приближение МДС обмотки;

- комплекс удельной МДС обмотки; f — частота сети; э— удельное усилие на элементе поверхности <35; силы тяжести подвижных, частей: левой и правой относительно главной оси вращения; g ■ — тепловая проводимость пути теплового потока;

ВРз + £зм ~ суммарный износ контактов при размыкании и замыкании; Н(В)- характеристика намагничивания;

Я - вектор напряжённости магнитного поля;

Н в — твердость по Бринеллю материала контактов; кш — толщина шихтовки; /?2 - толщина контактных напаек;

10Т — ток отключаемой цепи; вк - ток включения; свд - допустимое значение тока сваривания; 1т— амплитудное значение тока; /, J - ток и плотность тока обмотки; плотность тока дуги; 1 - вектор плотности тока в обмотке намагничивания;

7В- вектор плотности вихревых токов, индуцированных в проводящих элементах системы;

JCT— статическая (без вихревых токов) составляющая 1; Л - момент инерции якоря относительно оси его вращения; Ккам - коэффициент теплоотдачи стенок камеры; Ккр - комплексный критерий оптимальности;

Кгк - эквивалентный коэффициент теплоотдачи с поверхности контакта; Кр - отношение средних значений электромагнитных сил неохваченной и охваченной частей полюса;

К\ - отношение силы, развиваемой ЭМ при заданном зазоре к силе тяжести (весу) ЭМ;

К2 - отношение силы, развиваемой ЭМ при заданном зазоре к мощности, потребляемой ЭМ;

Къ = Тур - электромагнитная постоянная времени цепи обмотки при отпущенном якоре; кР = ^мМ/М^мин + /Nипи +ХцЦ/Цмин - критерий оптимальности; К5 = Ц — стоимость электромагнита;

Кб = Ы — масса электромагнита; К-]=¥- объём электромагнита; Ы-мощность электромагнита; Ктш - коэффициент теплоотдачи с поверхности шины; к = О, 1,. - индекс, указывающий число полностью законченных этапов вычислительного процесса; к30б , кш - коэффициенты заполнения обмотки и магнитопровода, кх~ коэффициент запаса по силе в /-й точке тяговой характеристики; куц - коэффициент, учитывающий степень сближения параллельных участков токоведущего контура ЭМА; ку21 — коэффициент, учитывающий ухудшение теплообмена при наличии параллельного участка токоведущего контура ЭМА; кК — коэффициент теплоотдачи конвекцией /-го участка токоведущего контура ЭМА; кп — коэффициент теплоотдачи излучением /-го участка токоведущего контура ЭМА; кс— коэффициент, учитывающий нелинейность линий тока и неравномерность распределения его по сечению контактного соединения; /с, - суммарный коэффициент теплопроводности / - го элемента; кт- коэффициент теплоотдачи; кт ~ эквивалентный коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки; Аута, к!'т> ~ коэффициенты теплоотдачи с поверхностей КЗ витка в сталь магнитопровода и воздух; к - коэффициент, учитывающий падение МДС в стали; коэффициент, учитывающий число рабочих воздушных зазоров и падение МДС в стали магнитопровода и нерабочих зазоров; Ь(х)- индуктивность обмотки электромагнита;

Ц(Ь,а{,с1,а,1,ая,1я,Х,) - выраженное в функции геометрических размеров значение индуктивности системы при / -м положении якоря;

Ь — определяющий размер участка; Ь от - индуктивность отключаемой цепи; / — высота обмоточного окна ЭМ; /д- длина дуги; -длина провода обмотки; / — средняя длина витка обмотки;

0,/ст - длина основания и стержней магнитопровода; М - масса электромагнита;

Ммип - минимально возможное значение массы,, полученное при оптимизации ЭМпомассе;

Мк - материал дугогасительной камеры; '

М, - мгновенное значение противодействующего момента; ;

Мсм - масса стали магнитопровода ЭМ;

M0G -масса обмотки ЭМ; mat! — matS - материал деталей магнитопровода (якорь, сердечник, скоба); m, т* - масса подвижной системы и её приведенное значение, включающая приведённую массу якоря тя — масса якоря;

N, Nc, NK3 - мощность, потребляемая обмоткой электромагнита, потерь в стали магнитопровода и к.з: витке;

Амин ~ минимально: возможное: значение мощности;, полученное при, оптимизации ЭМ'по мощности; активные потери энергии в /-м элементе;

• N-j (х, у, z) - базисные функции;.

Л^к- число треугольников, описывающих катушки электромагнита; -нормалью внешней теплоотдающей поверхности; п — число независимых переменных; пр - число точек заданной характеристики (в частном случае яр=1); пгз,пгР,пБ?,пъз - число главных и блокировочных замыкающих и размыкающих контактов;

N т — число точек контактирования; ибол - число болтов;

Ргк, Рбк - силы нажатия главных и блокировочных контактов;

Рпп - сила возвратной пружины;

Рп - сила подъёма ЭМ подвеса;

Рс - сила стабилизации ЭМ подвеса;

Руп - сила реакции в упоре;

Pjip- усилие, противодействующее перемещению якоря и-в общем случае зависящее от перемещения последнего и скорости его движения v;

Р0 — постоянное противодействующее усилие;

P(i,xj- динамическое тяговое усилие, зависящее оттока г в обмотке и перемещения х подвижной части электромагнита и связанных с ней элементов устройства;

Р, Ръ- статическое тяговое усилие (для электромагнитов подвеса -электромагнитная сила левитации) и его заданное значение;

Pt — значение силы в /-ой точке тяговой характеристики;

Р\з, Р\р, Ръ, Pip, Рзз, Рзр - значения тяговых усилий соответственно 1, 2 и 3 точек тяговой характеристики: заданные и расчётные; р - число ограничений-неравенств p\,pi - коэффициенты аппроксимации зависимости L(x)',

R — активное сопротивление провода обмотки;

RmSl - магнитное сопротивление воздушного зазора 5,;

Я'ш- магнитное сопротивление части воздушного зазора, по которой проходит поток с торца якоря на стержень(Фя Z=Z] ); Rmn — магнитное сопротивление листа;

RKK,RKC- тепловые сопротивления катушки в направлении корпуса и сердечника;

Rm,RMJ- тепловые сопротивления катушки в направлении верхнего и нижнего фланцев;

Rnii- тепловое сопротивление наружной изоляции катушки;

RB3— тепловое сопротивление воздушного зазора между катушкой и корпусом;

RKOp -тепловое сопротивление корпуса; тепловые сопротивления теплоотдачи с поверхностей корпуса, верхнего и нижнего фланцев в окружающую среду; каРт> ^карв'^карн- тепловые сопротивления каркаса катушки в направлении трубки, верхнего и нижнего фланцев; воз'^возв'-^воз.- тепловые сопротивления воздушных зазоров соответственно между катушкой и трубкой, катушкой и верхним фланцем, катушкой и нижним фланцем;

R^ - тепловое сопротивление трубки;

RK— тепловое сопротивление теплоотдачи с внутренней поверхности трубки в охлаждающую жидкость;

Явфэ Rwi>- тепловое сопротивление стали верхнего и нижнего фланцев;

R от — сопротивление отключаемой цепи;

Rm4 - магнитное сопротивление стального листа; г - размер области V по оси or ; reg - режим и условия работы электромагнита;

S - площадь поперечного сечения стержня магнитопровода;

S0XK - поверхность охлаждения камеры;

Su, SK ,S5,SB, Sm[ - соответственно, нижняя торцевая, боковая* коническая, боковая цилиндрическая, верхняя торцевая и внутренняя цилиндрическая поверхности якоря;

Sl0— поверхность соприкосновения i — го элемента с окружающей средой;

Sn - суммарная площадь поперечного сечения полюса без учёта пазовой части;

Sn ,S0 - соответственно площади поперечных сечений якоря и основания; ^-площадьповерхности охлаждения обмотки;

SOK - площадь обмоточного окна; ASt — площадь i - го треугольника; Sv - площадь расчетной области V;

Лб - поверхности КЗ витка, соприкасающиеся соответственно со сталью магнитопровода и воздухом; Тс - срок окупаемости расходов;

Т^— электромагнитная постоянная времени цепи обмотки при отпущенном якоре; — допустимое значение времени горения дуги; tM - величина, характеризующая размер исходного многогранника; ЧЛвЛр- время трогания, движения и срабатывания; tip - тип проектируемого привода и особенности его конструктивной схемы; Qtk'Qok ~ растворы главных и блокировочных контактов;

Q— сила тяжести (вес) электромагнита;

Q' - сила тяжести (вес) части магнитопровода (без якоря) и обмотки; q - объемная плотность источников нагрева;

7Я - число положений якоря, соответствующих времени t, и скорости v,(i?,/?b р2, t,) в пределах от 0 до Гдв; qnp - площадь поперечного сечения обмоточного провода; qQ- плотность источников потерь при температуре 0°С;

U - напряжение питания обмотки (для электромагнитов переменного тока — действующее значение);

U\, U2, U3 - функции, задающие ограничения-неравенства;

U(t) , Um - мгновенное и амплитудное значение питающего напряжения;

Uм - скалярный магнитный потенциал; U от - напряжение отключаемой цепи; А£/д— допустимое значение перенапряжения ;

Umi - падение МДС на i-u участке магнитной цепи; % - оператор Хевисайда; V - объем электромагнита; изн - часть объема пары контактов, который будет подвергнут износу;

Роб — объём обмотки;

FCM - объём стали магнитопровода;

V,—объем /- го элемента; - ' v,{R,PuP2, А) ~ рассчитанные значения скорости, соответствующие t,\ v;3 - дискретные значения скорости заданной зависимости v = j{t), соответствующие t,\

Жмеч - механическая энергия, реализуемая электромагнитом при перемещении якоря;

Жс - энергия, потребляемая из сети за /ср;

ТУГ - тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении Я за /ср;

IVк— кинетическая энергия, накопленная подвижным органом за, ¿ср;

И^ -электрическая энергия, подводимая к обмотке;

ТУА— энергия потерь в омическом сопротивлении обмотки;

ЖмеХ( — механическая энергия элемента; - число витков, приходящееся на /-Й треугольник обмотки намагничивания, которая имеет м> витков и занимает площадь 5'0б; число витков катушки магнитного дутья; - число витков обмотки; х - перемещение якоря; хк — конечное значение перемещения якоря; вектор, задающий положение /-ой вершины многогранника в О; хп}® - вектор, задающий- положение вершины, которая соответствует "центру тяжести" рассматриваемого многогранника; т52- комплексное магнитное сопротивление воздушного зазора 82 с учётом наличия в этой области короткозамкнутого витка, охватывающего часть стержня магнитопровода; тя — комплексное магнитное сопротивление якоря;

2тХ, 2т1 - комплексные магнитные сопротивления стержней 1 и 2 на участках потоков выпучивания; тос - комплексное магнитное сопротивление основания магнитопровода; тг, 2тХ - комплексное суммарное магнитное сопротивление обоих стержней на единицу длины и его активная и реактивная составляющие; тХ,2т2 - комплексные на единицу длины магнитные сопротивления стержней 1 и 2; т — комплексное на единицу длины магнитное сопротивление якоря; в— координата поля выпучивания магнитного потока, замыкающегося со стержня на якорь; г К— число коммутаций тока в час; г — размер области V по оси ог ; ос - комплексное на единицу длины магнитное сопротивление основания; ак - коэффициент теплоотдачи конвекцией; ао -начальная фаза напряжения; а 5-отношение площадей поперечных сечений неохваченной КЗ витком и охваченной частей полюса;

Ргк =/гк/1э - .относительное; расстояние4 от оси вращения; якоря до главных контактов; бк//э - относительное расстояние от оси вращения якоря до блокировочных контактов;

ДШ=/Ш1//Э,- относительное: расстояние о г оси вращения якоря до оси возвратной ? пружины;

Руп = /уп / /э- относительное расстояние от оси вращения якоря до упора;

Р01 =/С1 //3,РС2 относительное расстояние от оси вращения якоря до центров тяжести левой и правой подвижных частей; ' р- -/, /12- отношение размеров; у - плотность;

Улк - плотность материала камеры; • ук - плотность материала контактов: ум— плотность материаламагнитопровода; уоб - плотность материала обмоточного провода;

Уск - плотность материала стенок дугогасительной камеры;, уэ ^- удельная электрическая проводимость;

8,80,83,8в,8кф,8пр — рабочий воздушный зазор, его начальное и заданное значения; зазор между якорем и воротничком, зазор в стыке корпус-фланец, суммарное.значение воздушных зазоров при притянутом якоре;. Д'(|р - толщина изоляции провода;

ДВОз , Авз - ширина воздушных промежутков между каркасом и корпусом, наружной изоляцией и корпусом;

8КС- технологический зазор между нижним фланцем и стощш; 5,. - значение рабочего зазора в I- ой точке тяговой характеристики; 8(., 5у - размеры элементов в направлении, перпендикулярном ;

8Л, 8ИЗ - толщина листа стали и его изоляции; 8пр - значение рабочего зазора в притянутом положении якоря; е1582 - степень черноты внешней поверхности катушки и наружной поверхности корпуса;. е.в - коэффициент восстановления; скорости движения;контактов;. 8 — погрешность расчета;

С, - коэффициент, определяющий различие в условиях теплоотдачи с внутренней и наружной боковых поверхностей обмотки; Лмех, Лмаг - механический и магнитный КПД;

93 - заданное значение среднеобъёмной температуры нагрева^обмотки;;

ВОС,0Ж- температура окружающего воздуха и жидкости; 9мах,0повк - максимальная температура нагрева катушки и температура ее поверхности;

0ВПК, 0НПК- температура внутренней и наружной поверхностей корпуса;

13 , ■ •■ •

0вкар-температура-внутренней поверхности каркаса; . •

0икв,0ВКН - температура наружной поверхности каркаса в, направлении верхнего и нижнего фланцев; '

01Шф,011Пф - температура внутренних поверхностей верхнего и нижнего фланцев; ; :

0вф , 0„ф~ температура наружных поверхностей верхнего^ и нижнего фланцев; ' ; . • ;

0Ш.,0ВГ-температура наружной и внутренней поверхностей трубки. температура плавления материала;контактов; ;

0^-допускаемая температура нагрева шины;/. / г) - искомая функция температурного распределения;:

0,^-допустимое значение температуры» нагрева контактов;

0пЛ -температура контактной площадки; , ' допустимые значения температуры-камеры; •

0дкс - допустимая:.температура нагрева внутренних стенок камеры; 0Д - температура дуги;

АтЦ1-- приведенная по потокосцеплению магнитная- проводимость магнитопровода;

Ат6 - магнитная проводимость рабочего воздушного зазора; Л„^5- суммарная магнитная проводимость рабочих зазоров;

Л„гст,Л„1МЗ- соответственно, магнитные проводимости стального участка и нерабочего воздушного зазора; "

X - удельная теплопроводность; мДкДц - весовые коэффициенты, определяющие вклад массы, потребляемой мощности и стоимости в комплексный критерий оптимальности; А,п- признак формы полюса; - , '

А.ск - коэффициент теплопроводности материала стенок дугогасительной камеры; - ',

Х0 — удельная теплопроводность при температуре 0°С;

-удельная проводимость рассеяния;

- коэффициенты теплопроводности среды в, направлениях осей координат г, г;

Хх,Ху — коэффициенты теплопроводности в текущей^ точке в "направлении осей X и Г соответственно;

А,прЛлак,КЛст> КаР~ Удельные теплопроводности изоляции провода, лака, внешней изоляции катушки, стали корпуса и трубки; каркаса;

Х(п) - коэффициент теплопроводности по направлению п теплового потока;

- удельная теплопроводность пути длиной г^ между /-м и /—м элементами,'соприкасающимися по поверхности X. — удельные (эквивалентные) теплопроводности элементов;— удельная; магнитная проводимость между стержнями магнитопровода; зависящая; от координаты у ; ^ \

- удельная магнитная проводимость между стержнями магнитопровода и якорем, зависящая от координаты г; ц,-абсолютная, магнитная, проницаемость;

1а0 -начальное приближение: абсолютной-магнитной проницаемости; . (х0 - абсолютная магнитная проницаемость вакуума: ц,э*,|л,н относительные магнитныегпроницаемости экранированной и-меэкранированной части полюса; л.Ьт-магнитная проницаемость материала- стопа; коэффициент, определяющий усилие,, зависящее от скорости движения р — удельное электрическое сопротивление обмоточного провода; р0 - удельное электросопротивление при температуре 0°С;

Рою " удельное электросопротивление материала КЗ витка при температуре 0°С;

Рк -удельное сопротивление нагретых контактов;

Рк1' Рк2~~ удельное сопротивление первой и второй контактных напаек;

Рл'(Ая)- зависимость удельного реактивного магнитного сопротивления от модуля амплитудного значения индукции магнитного поля;

Р/г и Рд- — удельные активное и реактивное магнитные сопротивления стали магнитопровода;

Рою удельное электрическое сопротивление материала КЗ витка при температуре 0;

С, - температурный коэффициент сопротивления материала обмоточного провода; температурный коэффициент сопротивления материала КЗ витка; ас— постоянная Стефана-Больцмана; т - превышение 'среднеобъёмной температуры обмотки над температурой окружающей среды 90с; т} - расчетное значение установившегося превышения температуры обмотки относительно температуры окружающей среды 60С; тд - допустимое превышение температуры обмотки относительно температуры окружающей среды 0ОС; ткз, ткзд — превышение температуры КЗ витка относительно температуры окружающей среды 90С и его допустимое значение;

V = — коэффициент магнитной восприимчивости материала магнитопро-Ц вода;

Vo - начальное приближение магнитной восприимчивости; Ф — угол сдвига фаз между током и напряжением; фс — технико-экономический показатель; X - степень черноты; ¥ - потокосцепление обмотки; ю — угловая частота питающей сети;

- угловая скорость подвижной системы в конце её хода; ДЭ — динамическая эффективность; ПВ,% - продолжительность включения; Пгк,Пбк- провалы главных и блокировочных контактов; Фл — магнитный поток в удерживаемом стальном листе; Фск® - значение критерия скользящего допуска на к~ом этапе поиска; Ф<ж(Ы) - значение Фск на (А; - 1) этапе оптимизационного поиска; Ц - стоимость электромагнита;

Цмин - минимально возможное значение стоимости, полученное при оптимизации ЭМ по стоимости.

Одним из основных направлений научно-технического-прогресса* в настоящее время является широкое внедрение вычислительных комплексов, автоматических сборочно-испытательных линий, обрабатывающих центров, промышленных роботов и других автоматических устройств и систем во все отрасли хозяйства, использование их в быту.

Электрические аппараты (ЭА) являются важнейшими элементами любых систем производства и-распределения энергии, управления, автоматики и контроля. Определяемое выполняемыми функциями и условиями5 работы разнообразие конструкций ЭА, принципов действия и физических процессов, протекающих в них, значительно усложняет проблему проектирования ЭА. При этом естественным является стремление получить возможно более надежную, обладающую высокими технико-экономическими показателями конструкцию аппарата.

Создание новых и модернизация существующих ЭА является сложным и длительным процессом, который охватывает разнообразные сферы деятельности человека и представляет собой целенаправленную работу нескольких коллективов специалистов различного профиля. Этот процесс традиционно можно описать совокупностью стадий: технического предложения, эскизного, технического и рабочего проектов. Каждая следующая стадия, начиная с технического предложения, является более высоким уровнем по отношению к предыдущей. Кроме того стадии в зависимости от конструктивной сложности проектируемого ЭА разделяются на несколько иерархических уровней. Типовая структура одного из уровней процесса проектирования представлена на рисунке В1.

Рисунок В1 - Типовая структура одного из уровней проектирования ЭА

Такое представление является« характерным для многих технических устройств, хот» и не отражает всей сложности реального процесса проектирования и взаимосвязей между операциями разных уровней. Эта условная схематизация процесса проектирования и выделение отдельных этапов проектирования вызвана чрезвычайно большой размерностью исходной задачи, значительной неопределенностью в выборе возможных проектных решений и в итоге принципиальной невозможностью ее решения в целом на основе математического или имитационного моделирования. Однако указанная схематизация оказывается полезной при разработке систем автоматизированного проектирования электрических аппаратов (САПР ЭА). Например, можно создать САПР, в которой пакеты прикладных программ или подсистемы, ориентированы на решение задач определенного уровня проектирования (рисунок В1).

Автоматизированное проектирование признается перспективным практически во всех индустриально развитых странах, создающих сложные образцы новой техники, так как позволяет:

1. Повысить производительность труда проектировщика за счет исключения ручных рутинных работ и расширения возможностей проявления творческого потенциала конструктора.

2. Повысить качество проектов за счет внедрения более совершенных методологии и технологии проектирования.

3. Снизить стоимость разработки, в том числе за счет уменьшения числа ошибок.

Первые работы по созданию САПР в нашей стране в области аппарато-строения относятся к середине 70-х годов. В Харьковском ВНИИЭЛЕКТРО-АППАРАТе разработаны САПР Низковольтных предохранителей [218] и Автоматических выключателей [228], в Истринском ОВЭИ им. В.И.Ленина создана САПР Индукционно-динамических приводов высоковольтных коммутационных аппаратов [64], в Киевском политехническом институте в 1983 г. для проектирования электромагнитов стали применять пакет программ СПАРС

226];,в Новочеркасском; политехническом "институте' в« 1978 г. разработана/ САПР Электромагнитной аппаратуры электровозов; [ 110,118,120,124,126-128, 130;203]'. Кроме этого многие проектирующие организацииразрабатывали.от-. дельные пакеты прикладных программ; и подсистемы, ориентированные либо " на выполнение* патентных, исследований, либо на, выпуск конструкторской документации; либо на проектированиетехнологических; процессов.

Характерным для первых САПР было то. что они базировались на ЭВМ средней и большой; производительности (ЕС ЭВМ); в их состав редко включались "стандартные',' программные средства, например, банки, данных и-чертежные подсистемы; все,компоненты разрабатывались авторами систем.

К числу работ, посвященных применению ЭВМ при. проектировании;, электротехнических устройств, в том числе и электрических аппаратов, относятся- [7,1 07,176,179,199;242,255,270,271,300]. В основном они содержат; результаты исследований частных вопросов, не: обобщая их до уровня САПР какого-либо аппарата или его узлов. Однако среди них следует выделить р>аботы [107,300]*- В" [300] приводится описание САПР язычковых замыкающих герко-нов, реле на их основе: и других аппаратов. В [107] систематизируется опыт внедрения САПР в электромеханической промышленности Франции, США, Германии и других странах. Приводятся примеры автоматизированного проектирования электронных управляющих устройств, электромагнитных контакторов, сильноточной электроники. Интересно, что при проектировании контакторов используются программные-средства, позволяющие осуществить моделирование и анализ (распределения) магнитного поля; в электромагнитных приводах, а также электрической дуги с учетом электрических, механических и тепловых явлений (программы БШХ 2Б). В [107] рассматриваются? вопросы построения м использования экспертных систем, экономические, финансовые и социологические аспекты внедрения САПР на электротехнических, предприятиях.

В [312] рассматриваются вопросы использования основанного на'"целевых" методах пакета программ SESAM, созданного для эскизного-проектирования различных электромагнитных устройств. • '

Сказанное позволяет сделать вывод, что по этой» тематике за рубежом ведется; серьезная иплодотворная работа. Это, в свою очередь,, подтверждает необходимость и своевременность разработки и внедрения САПР ЭА в нашей стране. Возможность же применения в наших условиях разработанных за рубежом. программных продуктов. (САПР ЭА) ограничивается ¿экономическими трудностями и недостаточностью информации об их возможностях и условиях применения.

Появление и широкое распространение персональных ЭВМ; а вместе с ними и огромного числа универсальных программных комплексов, сервисных систем и рболочек привело к тому, что потенциальный потребитель САПР ЭА в настоящее время может приобрести в готовом виде многие компоненты и составить из них различные подсистемы [232-235,313].

Так, для решения "полевых" задач широко применяются пакеты: Profi — основанный на методе сеток и позволяющий считать двухмерную динамику и трехмерную статику, имеющий графический постпроцессор, но "ручной" ввод геометрии расчетной области и ограничение пр сетке (до 1000 линий);

Maxwell — имеет графический ввод геометрии, возможность расчета двух-и трехмерных статических и динамических магнитных полей, а также некоторых интегральных характеристик;

ANS YS — аналог Maxwell, позволяет рассчитывать механические, магнитные штепловые поля и даже учитывать их влияние друг на друга;

FEMM- - очень простой в использовании пакет для расчета двухмерных задач магнитостатики, не имеет ограничений по размерности задачи;

GMSH+GETDP - пакет имеет ручной, и графический ввод геометрии, решает различные полевые задачи, но требует программирования процесса вычисления-. Это "конструктор" для того; кто занимается решением подобных: за

COSMOS — универсальный пакет для моделирования? любых объектов; расчета'механических, магнитных, электрических и тепловых полей; ,очень, дорог [313]. ;. . • . , ■ ■■;'■•" 'v.-'" .

Многие из. перечисленных пакетов имеют возможность расчета интегральных характеристик и оптимизации. Алгоритмически эти возможности реализуются введением надстройки к основному методу полевого 'расчета без соответствующей- его адаптации. При этом время* расчета даже: при использовании современных ЭВМ оказывается; недопустимо- большим, особенно при оптимизационных расчетах [97].

В настоящее время на рынке в силу-экономических причин прочное положение занимают универсальные САПР,, пригодные для использования в различных отраслях производства. Они охватывают общие, ключевые направления конструирования, подготовки и выпуска чертежно-конструкторской документации любого профиля, технологической подготовки производства, а также позволяют организовать на предприятии интегрированную среду управления товарооборотом. В нашей стране широко используются универсальные системы: КОМПАС, AutoCAD и T-FLEX [4,90,102,237-239,247]. Они позволяют выполнять и редактировать деталировочные и сборочные чертежи, спецификации,. расчет масс и допусков, трехмерное моделирование, имеют большую конструкторскую: периферию; При. проектировании бесконтактных и гибридных ЭА могут быть использованы системы: CircintMaker и ТгахМакег фирмы Microcode, ACCELEDA 15.Х фирмы ACCEL Technologies, SPECCTRA &Х фирмы Cadence, DesignLab 10. 0 фирмы OrCAD, Electronics Workbenchфирмы Inberactive Image TechnologiesLtd [90*237-239]. Эти системы и: пакеты позволяют проектировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые устройства, устройства программируемой логики и аналоговые фильтры. Они осуществляют:

- синтез структуры и принципиальной схемы,устройства;

- анализ его характеристик в различных режимах с учетом разброса параметров компонентов и дестабилизирующих факторов; параметрическую оптимизацию;

- синтез топологии, включая-размещение элементов "на'плате или кристалле и разводку соединений; верификацию топологии; выпуск конструкторской документации с выводом управляющих файлов для фотоплоттеров.

Системы имеют обширные библиотеки элементов: источников питания, базовых элементов, диодов; транзисторов, аналоговых интегральных схем, ИС смешанного типа, цифровых ИС и т.д.

Развитие САПР идет также в направлении- создания автоматизированных средств разработки компонентов САПР, например, средство ErWin фирмы Platinum [48,93,100] для создания структуры базы данных, разработки новых, системных архитектур, например, клиент/сервер, обеспечивающей доступ нескольких компьютеров-клиентов к одному ресурсу, расположенному на сервере. Как самостоятельная область знаний оформилось сейчас направление создания баз знаний и экспертных систем. В области проектирования это: SYN -синтез электрических цепей; CADHELP - проектирование БИС; XCON- проектирование ЭВМ VAX-11/780 и другие [26,66,72,93,287,290,299].

Основными недостатками рассмотренных выше систем и пакетов является их чрезвычайная громоздкость и высокая стоимость - для проектирования конкретного ЭА необходимо собрать и объединить несколько таких систем, решить проблему их информационной стыковки. С помощью существующих систем трудно моделировать сложные конструктивные узлы ЭА, например, контактные и дугогасительные системы; для оптимального и системного проектирования необходима разработка дополнительного программного- обеспечения, в частности, включающего и приведенные пакеты.

Сказанное является основанием для разработки САПР электромагнитных аппаратов (ЭМА) постоянного и переменного тока низкого напряжения (с электромагнитным: приводом), предназначенной- для выполнения информационно-поисковых, расчетных и чертежных работ при; оптимальном проектировании ЭМА. . ".

Формирование основных принципов^:СА1№ ЭМА\основывается? на; системном; подходе: При этом отдельные этапы проектирования связываются между собой информационными массивами, так как качество? результатов* решения большинства задач в значительной степени зависит от результатов решения предшествующих им задач проектирования. Для-обеспечения; живучести САПР в. течение продолжительного времени необходимо "привязать" ее не к одному определенному конструктивно-технологическому исполнению ЭМА, а к некоторому классу этих исполнений, обширность которого определяет гибкость системы. ' Развитие и совершенствование методов проектирования; осуществляв-; мое на основе САПР, повышает и требования к конструктору ЭМА;, его математической подготовке, умению творчески использовать ЭВМ, глубине знаний в области технологии производства ЭМА и в смежных с электроаппарато-строением областях науки и техники.

Основой автоматизации проектирования являются методы и алгоритмы оптимизации, позволяющие моделировать поведение ЭМА во внешней среде, не прибегая к дорогостоящим экспериментам на реальных образцах, осуществлять оптимизацию и обоснованно выбирать лучшее техническое решение для практической реализации;

Наибольший: практический интерес представляют алгоритмические математические модели [251]. С их помощью решаются задачи синтеза т анализа ЭМА. Применение компьютеров делает алгоритмические модели универсальными: с их помощью могут быть воспроизведены как модели-аналоги, так и структурные математические модели [99]. . *•'""■■■••

Задачи анализа реализуются при поверочных расчетах ЭМА, когда: задана конфигурация, размеры, условия работы и материал конструкции, требуется найти ее характеристики. Задачи синтеза решаются при проектных расчетах, когда заданы желаемые характеристики. Требуется выбрать или синтезировать конструкцию ЭМА и определить ее параметры, при которых по возможности точнее реализуются желаемые характеристики и обеспечиваются* наилучшие-технико-экономические показатели. Задача поверочного расчета имеет единственное решение. Задача проектного расчета имеет множество решений из которых необходимо выбрать одно - оптимальное по данному конкретному критерию (либо конкретной совокупности критериев). Это определяет значительно большую сложность алгоритма проектного расчета по сравнению с алгоритмом поверочного. Чаще всего алгоритмическая модель, используемая для проектного расчета (модель синтеза), представляется в виде модели, реализующей какой-либо метод оптимизации, и вложенной в нее модели анализа конструкции, рис.В1. Последняя в силу своей4 вложенности, предполагающей ее многократное применение при решении задачи синтеза, строится в более упрощенном виде, чем аналогичная, использующаяся только для поверочного расчета.

Чаще всего объектом разработки и исследования в аппаратостроении являются математические модели анализа. Вместе с тем разработка новых, правильный выбор существующих методов оптимизации, критериев оптимальности и ограничений во многом определяют эффективность моделей синтеза [176].

Строгий подход к решению задач анализа предполагает моделирование на уровне поля (микроуровень) [40,99]. Основой полевых моделей являются уравнения электродинамики, газовой динамики, теплопроводности и т.д. в частных производных. При этом большинство задач ЭМА в такой постановке решаются численными методами, например, методом конечных элементов (МКЭ), интегральных уравнений (МИУ), граничных элементов (МГЭ), позволяющими получить результат с учетом реальных свойств материалов и геометрии всех входящих в расчетную область тел.

Более простыми и эффективными являются традиционные модели процессов в ЭМА, основанные на теории цепей (макроуровень) [40,99]. Замена распределенных параметров сосредоточенными, использование экспериментальных данных и аналогии магнитных и тепловых систем электрическим^ цепям привели к разработке алгоритмов, позволяющих для реальных конструкций ЭМА получить расхождение расчетов с экспериментом в пределах 10-20%. Такие модели представляются в виде систем алгебраических и обыкновенных интегральных и дифференциальных уравнений.

Моделирование более сложных объектов и систем осуществляется на метауровне, когда принимаются во внимание лишь информационные процессы. При этом модель представляется системой интегро-дифференциальных, логических и т.д. уравнений. В САПР ЭМА такие модели удобно^использовать в информационно-поисковых подсистемах.

Естественным желанием любого исследователя и проектировщика является использование точных и быстрых алгоритмических моделей. Их разработка наиболее успешна на микроуровне [97], а также при одновременном использовании полевых и цепевых методов [19,300].

Имея достаточно точные математические модели для расчета, например, параметров электромагнитных и тепловых полей в ЭМА, конструктор получает возможность не только удовлетворить свое любопытство ответами на многочисленные почему, но и на основе полученных знаний разработать конструкцию ЭМА, в которой конструктивные материалы в полной мере использованы по магнитным, тепловым и механическим характеристикам. Разработка новых и совершенствование существующих математических моделей является актуальной задачей. При этом под термином новые понимаются такие математические модели, которые разработаны либо для новых типов-ЭМА, например, электромагнитов систем магнитного подвеса [21,137,185,186, 216], электромагнитах захватов корпусосборочных устройств [98,172,173], либо позволяют анализировать такие процессы в известных ЭМА, которые раньше учитывались упрощенно или вообще не учитывались. Это, например, распределение магнитного поля и потерь энергии- в стальных пластинах шихтованного магнито-провода электромагнитов переменного тока, магнитострикция, термодинамический эффект, тепловое расширение материалов, дестабилизирующие факторы внешней среды.

Создание более совершенных электромагнитных приводов ЭМА, тормозных, грузоподъемных, корпусосборочных и вентильных устройств, систем магнитного подвеса, расцепителей и т.д. является актуальной и важной народно-хозяйственной задачей. Разработка новых электромагнитных приводов требует больших затрат дефицитных и дорогостоящих магнитных, проводниковых и изоляционных материалов. Вместе с тем многие из существующих приводов, например, использующиеся на электроподвижном составе и в электромагнитных вентилях, не соответствуют достигнутому для приводов общепромышленного назначения [251] уровню, материалоемкости, экономичности и надежности.

Именно поэтому снижение расхода дефицитных материалов, электроэнергии, потребляемой при изготовлении и эксплуатации, габаритных размеров, массы и повышение технического уровня разрабатываемых приводов является основной задачей проектировщиков. В то же время экономически важным представляется снижение затрат на опытно-экспериментальные работы, связанные с изготовлением, испытаниями и доработкой макетных и опытных образцов, сокращение сроков разработки и себестоимости изделий, повышение производительности труда и количества инженерно-технических работников, занятых проектированием приводов.

Сказанное определяет необходимость разработки методов оптимального автоматизированного проектирования, установление соотношений геометрических размеров, обмоточных данных, магнитных параметров," определяющих выбор наилучшего варианта по выбранным или заданным критериям оптимальности и техническим условиям. Эти методы должны учитывать такие особенности конструкций, как, например, наличие малых рабочих: воздушных за' зорюв (прижимные электромагниты на усилия в десятки кйлоньютон имеют изменяющийся в пределах от 0,01 до 0,2 мм зазор по площади полюса, связанный; с наличием; немагнитных покрытий- и неровностью поверхности: листа), смещения-электромагнита в горизонтальной плоскости; относительно* якоря (рельса? у электромагнитов подвеса): Многообразие конструктивных форм электромагнитных механизмов- и возможных подходов к решению указанной задачи не: позволяет какому-либо одному исследователю в полной мере решить ее. Особенно актуальным представляется проектирование и оптимизация конструкций таких^ механизмов\по заданным механическим: характеристикам; по-• скольку именно они определяют условия и режимы работы, а, следовательно, и все. выходные - показатели. ЭМА (надежность и долговечность^, экономический эффект,-технические показатели).

Решением-указанных и-других задач занимаются: многие исследователи и коллективы.ученых в нашей стране и за рубежом. По этой тематике публикуются многочисленные статьи и монографии, проводятся конференции* и семинары, выпускаются отчеты по научно-исследовательским работам, разрабатывается проектно-конструкторская и технологическая документация по конкретным видам электрической: аппаратуры. Большой вклад в создание теории и математических моделей ЭА внесли ученые: Г.Н. Александров, В. Б. Афанасьев, О. Б. Брон, М. А. Бабиков, Г. А. Бугаев, Б. К. Буль, О. Б. Буль, А. Я. Буйлов, Г. В.Буткевич, Ю. А. Бахвалов, М. И. Витенберг, А. Г. Годжелло, Н. М. Горба-тенко; А. В". Гордон, В. С. Гринберг, В. П. Гринченков, В. Г.Деггярь,В. С. Дзюбан, М. К. Загирняк, А. С. 3дрок, А. М. Зеленский, И. П: Иванов, В. В. Ивашин, Л. Н. Карпенко:, Б. Вг Клименко, И: Г. Кобленц, О. Ф,. Ковалев; Ю. С. Коробков, Б. Э. КощР. С. Кузнецов, Г. А. Кукеков, Г1; А. Курбатов,. Н.Т. Лы-сов,1М: А; Любчик, В1Г. Могилевский, К. К. Намитоков, Г. Г. Нестеров, А. Г. Никитенко, А. В. Павленко, И. П. Пеккер, С. Ю. Рыжов, Н- П. Ряшенцев, В. П. Сахаров; Г. П. Свинцов, А. Г. Сливинская; Б. С. Сотсков, Ф. А. Ступель, И. С. ,. . ■'•'•.-■.:•.•■ 28'. • . . ■ • • •. , Таев, В. Н: Терешии, Г. Б; Холявский; А. ТО. Черкашин, А. А. Чунихин, В. Н. Щоффа, В. С. Щуцкий, а также зарубежные ученые Ч. Андерхил. ;Э. Калленбах, РШик,Е. Ротерс,Ч:.Х;.Флершейм, Р. Хольм, Р. Уайгар;, Э^.Яссе: Наиболее фундаментальными в» области автоматизированного- проектирования электромагнитных аппаратов являются работы-.' [97,163¿174,176, 177,179,189Д90,215,223,251].

Никитенко А.Г. [174,176-178,189,190,223]: разработаны математические модёлит и: алгоритмы проектных. оптимизационных расчетов-^наиболее: распространенных электромагнитов? постоянного тока, получены, оптимальные значения' магнитных индукций в различных-частях магнитопровода, геометрических размеров и>их отношений в зависимости от значения тягового усилия, рабочего воздушного зазора, средней температуры, нагрева обмотки, критерия опти-. мальности и т.д.- Причем подобные расчеты выполнены как нагаданные статические; так: и динамические параметры и характеристики. Несомненным достоинством указанных работ является-,то, что и сами модели и результаты моделирования-представлены в безразмерном виде, что практически не; ограничивает область, их применения; Однако перечисленные модели построеныша методах теории цепей при достаточно серьезных допущениях (линейность магнитной цепи, приближенный учет нагрева обмотки и т.д.).

Большой вклад в развитие теории оптимального проектирования силовых электромагнитов внесли работы Любчика М.А.[161-163]., Использование корректирующих функций, зависящих от режима, условию работы^ особенностей,конструкции электромагнитами других факторов; позволяет разрабатывать• достаточно простые и точные методики и алгоритмы проектированияфазнооб-разных электромагнитных механизмов. Здесь практически-впервые поставлен и решен* ряд задач: синтеза: электромагнитных механизмов по совместным условиям ограничений в статическом и динамическом режимах. Следует отметить, однако, что применение данного подхода для проектирования-электромагнитов новых конструкций требует довольно трудоемкой работы по выводу указанных корректирующих функций: Отсутствует возможность» определения ^параметров распределенных в пространстве:магнитных и тепловых полей: Исследованию влияния напряжения питания, его фазы (и схем питания), противодействующего усилия, начального зазора- частоты источника-питания, активного-сопротивления; индуктивности и числа витков обмотки, на временные параметры электромагнита переменного тока при включении-посвящены работы Софронова Ю.В.[261-263]. В" них предлагаются выражения для расчета минимальных шмаксимальных значений; времен трогания и движения электромагнита. Результаты указанных исследований могут быть использованы на этапах технического предложения и эскизного проектирования, ^отя они и получены для приводов заданной конструкции или для линейных систем, без вихревых токов, а также при других допущениях.

Гордоном А.В. и Слишшской А.Г. в [57] рассматриваются общие закономерности рабочего процесса электромагнитов переменного тока, описываются и сравниваются между собой наиболее распространенные конструкции таких электромагнитов, приводится методика расчета магнитных цепей;, с переменной МДС. Здесь даны также алгоритмы расчета обмотки электромагнита, КЗ витка и приведены рекомендации по оптимальным соотношениям электромагнитов переменного тока, например, отношение высоты катушки и ее ширины должно быть в пределах 0,8-1,2. Эти рекомендации и методики расчета получены для статических режимов работы при допущениях о линейности магнитной цепи, синусоидальности магнитных потоков и МДС, потери в стали и нагрев: обмотки, определяются приближенно и т. д.

В работах Э. Калленбаха [317,318] электромагниты рассматриваются' как электро-магнйто-механические системы. Разработаны упрощённые методы расчета магнитного поля и его интегральных параметров. Рассмотрены тепловые расчеты электромагнитов. Расчёт, динамических параметров электромагнитов выполняется с учётом их конструкцией, технологических особенностей и оптимальным использованием магнитомягких и магнитотвёрдых материалов.

Несомненным достоинством' является оптимальное определение размеров электромагнитных приводов в соответствии с их статическими и- динамическими критериями, а также конструктивными особенностями. Предложены соответствующие методы расчета.

Однако эти методы и алгоритмы построены на методах теории цепей и поэтому не обладают высокой точностью, предназначены для .проектирования конкретных конструкций, чаще всего поляризованных и в этом смысле не универсальны.

Свинцовым Г.П. [251] предложены оригинальные математические модели расчета в виде критериальных зависимостей статических характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока П-, Ш-образного и клапанного типа, модифицирован метод Ротерса, уточнен алгоритм расчета КЗ витка, разработан ряд новых конструкций электромагнитов, в том числе комбинированного питания, схем-выпрямления, форсированного и синхронизированного управления обмотками. Получены геометрические соразмерности,, обеспечивающие минимум установочной площади, массы активных материалов и других критериев.

Указанные критериальные зависимости являются обобщением результатов физического моделирования конкретных образцов электромагнитов, имеют ограничения по входным параметрам, справедливы лишь для исследованных систем. Разработанные методики расчета зоны КЗ витка, тепловых параметров обмотки, проводимостей рабочих зазоров не сведены в единую алгоритмическую модель электромагнита либо систему автоматизированного проектирования.

Предложенные в работах Никитенко А.Г. и Павленко A.B. [16,19; 174, 177,179,215] методики.и алгоритмы численного расчета магнитных и тепловых полей для электромагнитов с незамкнутым магнитопроводом, поляризованных и нейтральных механизмов быстродействующих автоматических выключателей, систем магнитного подвеса и других устройств позволяют достаточно строго и подробно осуществлять исследование и проектирование указанных механизмов, определять их интегральные характеристики. Однако перечисленные модели и алгоритмы ориентированы, в основном, на электромагниты постоянного тока и требуют существенной доработки при использовании их для проектирования электромагнитов переменного тока. Имеются и другие недостатки, связанные, например, с неопределенностью выбора границ расчетной области (при расчете магнитного поля МКЭ), точностью и возможностью учета вихревых токов в шихтованных магнитопроводах и другие.

Совершенствование метода интегральных уравнений (МИУ) в работах Курбатова П.А. [108] позволило построить общий математический'аппарат для всех конструкций магнитных систем, существенно упростить ввод и расчет магнитных характеристик стационарных и нестационарных двух- и трехмерных магнитных полей, учитывать гистерезис и вихревые токи. Но принтом сохранилась невозможность ограничения, исследуемой области поверхностями с известными граничными условиями.

Сравнение возможностей МКЭ и МИУ [19,174,177], показывает, что в МИУ решается система уравнений меньшей размерности, чем в МКЭ, но она имеет полностью заполненную матрицу и вычисление коэффициентов требует выполнения поверхностного или объемного интегрирования. Последнее значительно усложняет расчет и увеличивает вычислительные затраты.

Модификации существующих и разработке новых методов расчета магнитных и температурных полей электромагнитов посвящена работа Ковалева О.Ф. [97]. Основное внимание здесь обращено на создание комбинированных и численно-экспериментальных методов, позволяющих точно и быстро решать не только поверочные, но и проектные оптимизационные задачи, определять параметры электромагнитов, которые сложно получить прямым измерением. Предложенные модели двухмерных стационарных магнитных и температурных полей, нестационарных температурных и трехмерных стационарных температурных полей объединяют положительные качества различных численных методов, позволяют, многократно сократить,вычислительные затраты» по-сравнению -с традиционными методами.* ©днако; разработанные [97] пакеты программ не обобщены в виде САПР, не имеют развитого интерфейса, что сужает возможности их применения• Требует решения и задача разработки "быстрой" алгоритмической-модели для расчета нестационарного магнитного'поля;- возможно дальнейшее развитие метода оптимального проектирования, электромагнита на заданные тяговые характеристики, например^ путем- оптимизации формы нерабочего воздушного- зазора. Кроме этого алгоритмически нерешенными* остаются» вопросы аппроксимации^ нелинейных поверхностей рабочих и нерабочих зазоров; "•■'•. '

Разработке математических моделей и исследованию' явлений,. происходящих в других узлах электромагнитных аппаратов, посвящено болыиое-количество работ. Процессы ду го гашения; наиболее подробно/ изложены,, в, [30, Ю9;170,196^241,268,270,277], процессы в токоведущих частях и контактах-в [91,172,210,269,295], явления,, происходящие при работе механизма - в [175,176,249,267,297]. Удобной для использования, в САПР является модель, представленная в [91]. Здесь для токоведущего контура выключателя1 решается одномерная стационарная тепловая задача, а учет теплоотдачи с боковых поверхностей токоведущих частей и их взаимного влияния осуществляется с помощью коэффициентов теплоотдачи.

В [270,271] впервые сделана попытка разработки комплексной алгоритмической модели дугогасительной камеры с деионной решеткой для использования ее в: САПР автоматических выключателей низкого напряжения. В модели учитывается взаимное влияние электромагнитных, тепловых и газодинамических процессов. Наиболее строгая.математическая модель кинематики контактора- постоянного тока (серии?КПВ-600) представлена в [174]. В ней учитываются«многие механические явления; происходящие в узлах трения,, рычагах, опорах,, шарнирах, коммутирующих контактах в процессе включения; Но модель требует огромного объема исходной информации и не является универсальной - для другого типа ЭМА ее нужно существенно« перерабатывать. Практическое использование моделей [172,271] затруднено по той же причине, кроме этого существует неопределенность многих исходных параметров.

В [297] кроме решения многочисленных технологических- вопросов, рассмотрения существующих моделей механизмов ЭМА впервые осуществляется классификация и сравнение между собой нескольких кинематических схем ЭМА, что может быть после соответствующей доработки полезным для САПР.

Задача сравнения и выбора конструкций основных узлов ЭМА, его кинематической схемы может рассматриваться как вполне самостоятельная. К сожалению, в рассмотренной выше литературе содержатся несистематизированные, фрагментарные сведения по этому вопросу. Множество критериев и множество альтернативных вариантов выбора приводит к необходимости постановки, и решения так называемой дискретной задачи векторной оптимизации. Анализ математических методов, которые можно использовать для решения подобных задач [46,74,165] показывает, что даже наиболее приемлемый из них - метод многокритериальной оптимизации "Электра" [244] нуждается в серьезной доработке, например, в плане уменьшения присутствующего в нем субъективного фактора.

Перечисленные работы могут быть использованы в качестве основы при составлении алгоритмов расчета конкретных узлов и механизмов, применяемых в ЭМА.

Подводя итог вышесказанному, сформулируем проблекы, существующие в современной практике проектирования ЭМА и определяющие тематику данной работы.

1. Разработка "быстрых" и точных методов расчета магнитных и температурных полей, адаптированных к ЭМА, например, позволяющих проводить итерационные и многовариантные расчеты, в том числе и на заданные статические и динамические характеристики, учитывать наличие и определять расчетную величину "малых" рабочих зазоров и т.д.

-2. Разработка математических моделей, учитывающих вихревые токи и гистерезис в пластинах шихтованных магнитопроводов, магнитострикцию, термомагнитный эффект, тепловое расширение, краевой эффект, длительную работу в условиях воздействия дестабилизирующих факторов внешней среды (нестационарное охлаждение, внешние источники тепла, пониженное давление, агрессивная среда и т.д.).

3. Разработка обобщенных математических моделей ЭМА (электромаг-нитно-термо-механических), учитывающих взаимное влияние происходящих в ЭМА процессов различной природы.

4. Разработка и совершенствование методов многокритериальной оптимизации для использования их при решении задач выбора конструкций ЭМА.

5. Разработка новых типов ЭМА: электромагнитов подвеса, быстродействующих переключателей питания, корпусосборочных устройств, многофункциональных, сочетающих возможности автоматов, контакторов, тепловых реле, многофункциональных реле времени, УЗО и других.

6. Совершенствование традиционных типов приводов, например, электроподвижного состава и электромагнитных вентилей: снижение материалоемкости, повышение надежности, использование модульного принципа, оптимизация по статическим и динамическим характеристикам.

7. Сравнительная оценка различных конструкций и материалов электромагнитных приводов, коммутационных контактов, дугогасительных устройств и кинематических схем ЭМА.

8. Разработка инженерных алгоритмов проектирования различных конструктивных узлов ЭМА: механизма, токоведущих контуров, щелевых дугогасительных устройств.

9. СозданиеСАПР, баз знаний, экспертных систем по разработке ЭМА: методология проектирования, прикладное программное обеспечение (ПО), язык проектирования; информационное обеспечение и т.д.

В.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа выполнена по постановлениям ГКНТ при Совете Министров СССР №28 от 25.01.77 г., №45 от 22.03.81 г., №555 от 30.10.85 г. "О разработке новых; видов транспортных средств, программ САПР Минвуза России (раздел САПР в электротехнике;и5 энергетике)", федеральной целевой программе «Экология и природные ресурсы России (2002-2010 года)»., а также в соответствии с научным направлением Южно-Российского государственного технического университета "Интеллектуальные электромеханические устройства; системы и комплексы" от 25.01.1995 № 3.15, которое относится к. "Приоритетным направлениям развития науки и техники", утвержденным приказом №843 от 21 мая 2006г., определяющих приоритетные направления развития науки, технологий и техники РФ (1. Информационно-телекоммуникаци-онные технологии и электроника).

Цель работы. Создание научно-практических основ автоматизированного проектирования оптимальных ЭМА путем обобщения существующих и разработки эффективных методов математического моделирования, комплекса алгоритмов и программ, САПР ЭМА. Это должно привести к сокращению сроков проектирования и повысить технико-экономические показатели ЭМА.

Задачи исследований.

1. Разработка и применение универсальной математической модели для выполнения проектных оптимизационных расчетов электромагнитов с заданными статическимипараметрами и характеристиками на основе теории цепей: :

2. Разработка и применение модернизированных математических моделей. -для выполнения проектных оптимизационных расчетов электромагнитов с'заданными динамическими характеристиками на основе теории цепей.

3. Разработка и реализация модифицированных математических моделей для выполнения поверочных расчетов на основе теории цепей.'

4. Разработка и реализация модифицированных математических моделей для выполнения поверочных тепловых расчетов на основе теории цепей в одно- и многомерной постановке задачи.

5. Разработка и применение экспресс-метода математического моделирования нестационарных магнитных полей и динамических характеристик электромагнитов на базе МКЭ.

6. Разработка и реализация модифицированных математических моделей для выполнения поверочных тепловых расчетов электромагнитов на базе МКЭ.

7. Разработка и реализация математических моделей для расчета механиче--ских характеристик, параметров токоведущего контура, оптимальных параметров щелевой дугогасительной камеры с магнитным дутьем.

8. Разработка и применение метода многокритериальной оптимизации, минимизирующего влияние субъективного фактора при решении задач выбора технических решений.

9. Создание базы знаний для автоматизированного выбора конструкций и материалов основных узлов ЭМА.

10. Создание САПР электромагнитных аппаратов низкого напряжения.

11. Определение оптимальных параметров и характеристик электромагнитов подвеса, клапанных, П- и Ш-образных электромагнитов контакторов и реле электровозов, электромагнитных вентилей, быстродействующих переключателей питания, корпусосборочных устройств.

Методы и достоверность результатов исследований.

В работе использовались методы: теории электрических, магнитных и тепловых цепей, решения больших систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений, вариационного, матричного; интегрального и-дифференциального исчислении, векторного анализа, поиска: экстремума-функций* многих-переменных^и многокритериальной; оптимизации, теории ? подобия; аппрокси-мациишобработки ¡экспериментальных данных, натурного и численного моделирования магнитных и температурных полей, эвристического- программирования, теории графов и математической логики;

Представленные в работе теоретические результаты, методики и алгоритмы адекватно описывают процессы, происходящие в ЭМА, что подтверждено экспериментальными'; данными. Достоверность- научных положений и выводов- обеспечивается« также: использованием* фундаментальных методов; теории поля, использованием при тестировании результатов современных программных систем Maxwell; Profi, MathOad. Она подтверждена системным подходом к исследованиям, обработкой результатов экспериментов современными« математическими и статистическими методами, хорошей < сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (их расхождение для полевых методов не превышает 4-5%).

Материалы, диссертации обсуждены на научных конференциях и семинарах с ведущими специалистами в области исследования и разработки электромагнитных аппаратов - отдела электрических аппаратов ОАО ВэлНИИ, ОАО НЭВЗ и др., опубликованы в научно-технических изданиях, внедрены на предприятиях электротехнического профиля России.

Основные научные результаты и их новизна.

1. Разработана универсальная математическая, модель для? выполнения проектных оптимизационных расчетов; отличающаяся тем, что учитывает нелинейность магнитной цепи, смещение якоря относительно сердечника в горизонтальной плоскости, влияние на один из 8-ми заданных критериев, оптимальности соотношений геометрических размеров, материалов -магнитопровода и обмотки широкого класса электромагнитов с заданными статическими: параметрами; и характеристиками:

- П-образных постоянного тока с обмоткой на основании и П- образным якорем;

- клапанных постоянного тока с цилиндрическим сердечником, круглым полюсным наконечником и плоским якорем;

- Ш-образных постоянного тока с обмоткой на среднем стержне и-якорем в виде стального листа;

- цилиндрических постоянного тока с якорем в виде стального листа, обмоткой на цилиндрическом сердечнике, охваченной цилиндрическим корпусом;

- броневого типа постоянного и переменного тока;

- П- и Ш-образных переменного тока с призматическими стержнями, плоским, П- или Ш-образными внедряющимися в обмотку якорями.

Предложенная модель относится к первому уровню проектирования, не,, ограничена по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяет дать количественную оценку каждому типу электромагнита при необходимости сравнения их друг с другом.

2. Разработаны универсальные математические модели для выполнения проектных оптимизационных расчетов большинства известных типов электромагнитов постоянного и переменного тока с заданными динамическими параметрами и характеристиками на первом уровне проектирования.

Отличительной особенностью данных моделей является учет вибрации якоря при включении, зависимости динамических характеристик от фазы включения (на переменном токе), возможность определения оптимального типа электромагнита, реализующего заданные динамические характеристики.

3. Разработаны модифицированные математические модели на базе целевых методов-и теории подобия для выполнения поверочных электромагнитных и тепловых расчетов широкого класса электромагнитов на втором уровне проектирования, обеспечивающие расхождение с экспериментом не выше 10% на постоянном токе и 20% на переменном токе.

В отличие, от известных предложенные модели учитывают не только нелинейность, но и наличие технологических зазоров и уплотнений, возможность охлаждения якоря и внутренней боковой поверхности обмотки водой:и т.д. Эквивалентные тепловые схемы построены в двух- и трехмерной постановке задачи.

4. Предложен экспресс-метод на основе МКЭ для расчета параметров нестационарных магнитных полей и динамических характеристик электромагнитов. Указанный метод в отличие от известных не только является "быстрым'', но и учитывает наличие вихревых токов и гистерезиса в сплошных и шихтованных магнитопроводах, их влияние на динамические характеристики ЭМА.

5. Разработаны модифицированные математические модели на; основе МКЭ для моделирования стационарных и нестационарных температурных полей широкого класса электромагнитов, учитывающие их конструктивные особенности, зависимость от температуры параметров материалов, плотности источников тепла и т.д.

6. Предложены оригинальные математические модели для расчета механических характеристик ЭМА, параметров токоведущего контура и оптимальных параметров щелевых дугогасительных камер с магнитным дутьем.

7. Впервые обобщена, систематизирована и дополнена (путем проведения численных экспериментов) информация, позволяющая сравнивать между собой различные конструкции и материалы коммутирующих контактов, способы и устройства гашения дуги, типы электромагнитных приводов и механизмов ЭМА.

8. Разработан метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок для решения дискретных задач векторной оптимизации -поиска.и.выбора конструкций и материалов основных узлов и общей компановки ЭМА. В отличие от известных методов многокритериальной оптимизации в предлагаемом методе путем ввода формализованной процедуры поэтапно выводятся из рассмотрения те или иные альтернативы, задаваемые исходным множеством альтернатив. Данная процедура не предусматривает задания какой-либо системы предпочтений, т.е. полученный результат носит объективный характер.

9. Создана оригинальная система автоматизированного проектирования ЭМА. При этом процесс проектирования ЭМА представлен в виде ряда проектных работ. Предложены возможные последовательности их выполнения -маршруты проектирования, учитывающие взаимное влияние происходящих в ЭМА процессов разной природы, алгоритмы информационно-поисковых, расчетных и чертежных работ, структура и состав прикладного программного и друпшвидов обеспечений САПР ЭМА.

10. В виде таблиц, графиков и аппроксимирующих зависимостей предложены новые рекомендации по выбору оптимальных соотношений геометрических размеров, магнитных индукций (электромагнитов переменного тока) и других параметров широкого класса ЭМА в зависимости от критериев оптимальности, допустимой температуры нагрева, условий охлаждения, фазы включения и т.д. Установлено, в частности, что оптимальные значения магнитной индукции (амплитудное значение) в рабочем воздушном зазоре и других частях магнитопровода электромагнитов переменного тока на (40 — 70)% ниже соответствующих значений электромагнитов постоянного тока.

Практическая ценность. Полученные в диссертационной работе результаты представляют собой научно обоснованные технические решения, рекомендации, методики, алгоритмы, САПР, внедрение которых внесло существенный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области разработки электромагнитных аппаратов. Практическая ценность работы заключается в следующем.

1. Разработан комплекс алгоритмов и программ для оптимального проектирования традиционных и новых модификаций ЭМА разнообразного назначения и конструктивных форм в условиях нелинейных свойств ферромагнитной среды и других.

2. Установлены зависимости- оптимальных параметров? широкого' классам электромагнитных приводов, от критериев оптимальности, условий работы, конструктивного исполнения и других параметров,технического задания; которые могут быть использованы для оптимального синтеза ЭМА';

3; Выполнен: анализ стационарных и нестационарных магнитных и температурных режимов электромагнитных приводов быстродействующих переключателей питания; захватов корпусосборочных устройств и электромагнитных вентилей. Получены зависимостжрасчетных характеристик от конструктивных особенностей аппарата; например, таких, как толщина пластищ из которых собираются магнитопроводьг приводов переменного тока; толщина и. материал внешней изоляции, обмотки электромагнитного вентиля, число витков и сопротивление обмотки- быстродействующих приводов, частоты и; фазы питающего напряжения.

4. Предложены и обоснованы-новые модификации электромагнитных приводов систем магнитного подвеса, тяговых электромагнитных контакторов, контактных систем автоматических выключателей.

5. Создано программное обеспечение и система автоматизированного-проектирования электрических аппаратов ¡ приводов, реле, контакторов и пускателей низкого напряжения, внедрение которой в практику проектирования позволило в 1,5-2 раза сократить сроки проектирования и значительно повысить качество проектных работ.

6; Создан и используется * в- практике исследовательских испытаний ОАО "ВЭлНИИГ информационно-измерительный стенд для . исследования» силовой части электромагнитного подвеса и устройств автоматики. .

7. Материалы; диссертационной работы используются• в -учебномпроцессе: учебных пособиях^ [177,179« 199],-лекционных и практических разделах: курсов: I • ' • • •

Системы автоматизированного; проектирования электрооборудования", "Основы проектирования", "Методы оптимизации в аппаратостроении", "Применение САПР и баз знаний при проектировании и эксплуатации электрооборудования", "Проектирование электрооборудования систем электроснабжения" научно-исследовательской работе аспирантов и студентов, курсовом и дипломном проектировании.

Внедрение результатов работы. Теоретические и практические-результаты-работы в виде методов -проектирования, расчетных алгоритмов, программ и САПР ЭМА внедрены в практику проектирования-и научно-исследовательскую работу ряда предприятий.

1Предложенные методы* расчета и САПР ЭМА использовались при-разработке конструкций электромагнитов подвеса, установленных на экспериментальных экипажах ВСНТ массой 1 и 3 т, модернизации клапанных электромагнитных приводов контакторов. сериш'МК1 на заданную статическую, тяговую характеристику, реле боксования серииРБ-469; перегрузки серии-РТ-253, промежуточных серии РП-280 в ОАО "ВЭлНИИ" г. Новочеркасск. Созданный при непосредственном участии автора информационно- измерительный стенд для исследования силовой части электромагнитного подвеса и устройств автоматики также внедрен в ОАО "ВЭлНИИ".

3. САПР аппаратов постоянного тока внедрена во Всесоюзном научно-исследовательском институте низковольтного электроаппаратостроения (г. Харьков). С ее использованием разработаны конструкции электромагнитного привода гибридных переключателей питания, оптимизированы параметры контактных систем автоматических выключателей.

4. Внедрение расчетной» подсистемы САПР" ЭМА на предприятии п/я Г-4406 (г. Тула) сократило время расчетных работ и снизило их трудоемкость.

5. Алгоритмы и программы проектных и поверочных расчетов броневых электромагнитных приводов постоянного и переменного тока внедрены на Санкт-Петербургском объединении "Знамя Труда" и-позволили-создать и-освоить выпуск вентилей, имеющих улучшенные параметры по сравнению с прототипами.

6. Предложенный метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок и разработанная база знаний по конструкциям электро

I г магнитных приводов использованы при создании ФГУП ПКП "ИРИС" микропроцессорной системы управления движением.

7. Алгоритмы и программы САПР ЭМА использованы для выполнения поверочных тепловых расчётов восьмижгутовых шинопроводов трёхфазного переменного тока на ЗАО "Кузлит" г. Азов.

8. Алгоритмы и программы САПР ЭМА использованы ОАО "Азовским оптико-механическим заводом" для выполнения поверочных расчётов электромагнитных датчиков момента.

9; САПР ЭА рекомендована к внедрению в высших и средних специальных учебных заведениях решением экспертной комиссии АРПКОП от 14.09.95 г., сертификат 24/95.

Основные положения, которые выносятся на защиту.

1. Универсальная математическая модель и алгоритм оптимального синтеза широкого класса электромагнитов с заданными статическими и динамическими параметрами и характеристиками, позволившие в результате численных экспериментов получить зависимости соотношений геометрических размеров и показателей качества с учетом всех определяющих процессов, происходящих при работе ЭМА, в большом диапазоне варьируемых параметров.

2. Универсальные математические модели для решения целевыми методами электромагнитных и тепловых задач анализа широкого класса электромагнитов, учитывающие конструктивные особенности, условия охлаждения и

Т.Д.

3. Модифицированные методы и модели для расчета параметров стационарных и нестационарных магнитных и температурных полей, сокращающие по сравнению с известными методами вычислительные затраты и позволяющие учесть наличие малых рабочих зазоров, гистерезис и вихревые токи в пластинах шихтованных магнитопроводов.

41 Математические * модели для- расчета' механических характеристик; параметров токоведущего контура и оптимальных параметров щелевых дугогасительных, камер с магнитным дутьем; позволяющие: использовать их при« автоматизированном: проектировании указанных узлов ЭМА.

5. Метод последовательного* сужения; исходного множества? векторных оценок для решения задач поиска, и выбора конструкций и материалов основных: узлов и общей компоновки ЭМА, минимизирующий влияние субъективного; фактора при принятиирешения.

6. Система автоматизированного проектирования-ЭМА, включающая основанную на структурированных знаниях подсистему выбора.' конструкции ЭМА, а также расчетную и чертежную подсистемы.

• , Апробация^ работы. Материалы диссертации неоднократно обсуждались: наг заседании: секции} электрических аппаратов НТС ВЭлНИИ (1996, 2007); международных"технических конференциях по нелинейной-электротехнике (г. Ильменау, Германия, 1990, г. Крайова, Румыния, 1991); Всесоюзных конференциях " Итоги и перспективы создания высокоскоростного наземного транспорта" (г. Новочеркасск, 1980г.), "Состояние и перспективы, развития электровозостроения в стране" (г. Тбилиси, 1981, г. Новочеркасск, 1987.), "Автоматизация. проектирования электрических устройств и систем" (г. Истра, 1984), "Состояние и перспективы развития локомотивостроения" (г. Новочеркасск, 1994, 2003), межвузовских научно-технических семинарах (г. Иваново, 1978, 1979, 1980), межвузовских научно-практических конференциях " Эффективность информационных технологий обучения в. высшей школе""(г. Новоро-сийск, 1994), " Компьютеризация, учебного процесса по электротехническим дисциплинам"(г.-Астрахань, 1995), научно-техническом форуме "Высокие тех-нологии-2004"(г. Ижевск, 2004), международных научно-практических конференциях и коллоквиумах (г. Новочеркасск, 2002,2003), международной научно-технической конференции (г. Казань, 2005),. научно-методической, конференции (г. Вологда,,2009).

Результаты работы автора, приведенные в диссертационной работе, использованы в научных статьях, монографиях и учебниках ведущих отечественных специалистов [176,177,189,190,231 ].

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 78 печатных работах, включая 1 монографию.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 337 страницах, включая 116 рисунков и 37 таблиц, а также списка литературы и приложений.

Выводы

1. Разработана оригинальная, не имеющая отечественных аналогов,.учитывающая- индивидуальные особенности конкретных конструкций;, выполняющая информационно-поисковые, расчетные : и чертежные проектные работы, компактная Система автоматизированного проектирования; широкого, класса электромагнитных аппаратов: В связи с чем: •

- определена её. область применения; функциональные возможности и структура; . -.'

- составлен список внешних и-внутренних требований к системе; - разработаны,техническое, программное, информационное, лингвистическое, организационное и методическое обеспечения.

САПР ЭМА использована, при разработке электромагнитных клапанов трубопроводной- арматуры, прижимных электромагнитов корпусосборочных устройств, электромагнитов систем: магнитного подвеса ВСНТ, модернизации тяговых электромагнитных контакторов серии МК, а также П- и Ш-образных электромагнитов переменного тока.

2. Предложен и обоснован обладающий новизной метод последовательного, сужения исходного множества векторных оценок, позволяющий - осуществлять выбор конструкций и материалов основньшузлов ЭМА в условиях," когда каждый вариант характеризуется множеством равнозначных параметров и критериев оптимальности, и не возможно определить Парето-оптимальный. Данный,,метод не имеет, ограничений по области применения, и его целесообразно использовать при решении любых задач выбора или принятия решений.

333'

Заключение

В диссертации разработан комплекс методов и алгоритмов'для автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов, выполнены исследовательские и проектные работы, необходимые при создании ЭМА различных конструкций и назначения. Основные результаты диссертационной'работы могут быть представлены в следующем виде:

1. Автоматизация проектирования*электрических аппаратов определяется объективной- необходимостью создания более совершенных конструкций, ускорения сроков, проектирования и повышения производительностич труда конструкторов. Реализация автоматизированного проектирования^ потребовала разработки новых математических моделей, более строго отражающих физические процессы, происходящие при работе электрических аппаратов; условия и режимы работы аппаратов:

2. Обоснована и реализована трехуровневая структура процесса проектирования электрического аппарата, первый уровень которой составляют модели и алгоритмы проектных оптимизационных расчетов, второй - поверочных, основанных на методах теории цепей, а третий - поверочных, основанных на методах теории поля. Такой подход позволяет решать различные задачи проектирования электрических аппаратов наиболее экономичным образом и с приемлемой точностью.

3. Получены оптимальные значения магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре и стали электромагнитов переменного тока броневого типа, зависящие от величин тяговых усилий и рабочего зазора, критерия оптимальности, условий работы механизма и т.д. Показано, что оптимальными для- исследованных случаев являются электромагниты с наибольшей индукцией в магни-топроводе, не превышающей 1,1 Тл.

4. Разработана универсальная математическая модель и алгоритм проектного оптимизационного расчета электромагнитов постоянного и" переменного тока различных конструктивных форм. Погрешность расчета по сравнению с экспериментом составила не более 10% для электромагнитов постоянного; тока и не более 20% для; переменного тока. Разработанный алгоритм реализован в виде модуля САПР ЭМА и использовался при проектировании? электромагнитов1 подвеса ВСНТ, электромагнитных захватов, электромагнитных; приводов контакторов типа МК и других устройств. . ■

5. Предложен ряд новых алгоритмов проектных оптимизационных расчетов электромагнитов постоянного и переменного тока на заданные статические и динамические тяговые: характеристики. Отличительной особенностью данных алгоритмов является: возможность проектирования оптимальных механизмов на заданные электромагнитные (например, тяговая) и механические (перемещение, скорость, ускорение) характеристики * с повышенной точностью . Определены соотношения геометрических размеров, обеспечивающие экстремумы, различных критериев оптимальности.

6. Для реализации второго уровня« проектирования составлены модифицированные алгоритмы поверочных электромагнитных и тепловых расчетов; основанные на методах теории цепей. Погрешность расчета в этом случае составляет менее 10%; Алгоритмы реализованы в виде модулей САПР ЭМА.

7. Предложены новые математические модели и алгоритмы для .определения параметров электромагнитных и тепловых полей, а также расчета интегральных характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока различных конструкций. Отличительной особенностью указанных моделей является многократное уменьшение времени счета, учет потерь на вихревые токи и гистерезис в шихтованных (с заданной толщиной листа) магнитопроводах, а также; введение понятия эквивалентной магнитной проницаемости беззазорного слоя для учёта малых воздушных зазоров. Расчетные алгоритмы позволяют осуществлять полевые расчеты; как в статическом; так и в динамическом- режимах работы. Погрешность расчетов:не превышает 4%.,

8; При разработке прикладного программного обеспечения САПР ЭМА составлены универсальные алгоритмы расчета механических характеристик и дугогасительных устройств электрических аппаратов постоянного и переменного тока различных конструктивных форм.

9. Предложен новый метод многокритериальной оптимизации — метод последовательного сужения исходного множества векторных оценок, разработана база знаний, позволяющая на основе этого метода осуществить выбор прототипа проектируемого электромагнитного аппарата, конструкций его привода, контактов, дугогасительного устройства и передаточного механизма, входящая в качестве подсистемы в САПР ЭМА.

10. Разработана база знаний для выбора конструкций и материалов коммутирующих контактов, способов гашения электрической дуги, вида кинематической схемы и типа электромагнитного привода.

11. Разработана САПР ЭМА, ее программное, лингвистическое, информационное и другие обеспечения. Система реализована на персональных компьютерах типа IBM PC , внедрена в практику проектирования и учебный процесс. Использование САПР ЭМА позволяет в 3-5 раз ускорить процесс проектирования электромагнитных аппаратов при одновременном повышении качества проектных работ.

1. Аветисян Д.А. Основы автоматизированного проектирования электромеханических преобразователей. М.: Высш.шк., 1988.-271 с.

2. Автоматизация проектирования и подготовки производства на базе программных продуктов T-FLEX / М.: ТопСистемы, 2000,- 25с.

3. Агаронянц P.A. Динамика, синтез и расчет электромагнитов. М.: Наука, 1967,-265с.

4. Агаронянц P.A. Электромагнитные элементы технической кибернетики. М., Наука, 1971.- 279с

5. Агоронян Г.Н., Баранов П.Р., Гринберг B.C., Бару И.И., Вашура Б.Ф., Любчик М.А. Движение якоря электромагнита переменного тока // Изв. вузов Электромеханика.- 1959.-№12,- С. 127-134.

6. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.- 280с.

7. Алгоритмы оптимизации в автоматизированном проектировании электромеханических устройств: Учеб. пособие / И.Н. Орлов, С.И. Маслов, Т.Н. Крючкова, М., Моск. Энерге-тич. Ин-т.,1983.- 110с.

8. Аранович Б.И., Шамрай Б.В. Электромагнитные устройства автоматики. — JL: Энергия,1965.

9. Базы знаний интеллектуальных систем / Г.А.Гаврилова, В.Ф. Хорошевский.-СПб: Питер, 2000.-384с.

10. Балтаханов A.M., Бондалетов В.Н. Расчёт электромагнитных и электромеханических переходных процессов в индуктивно-механических системах // Электричество.- 1981.- №2.-C.5-11.

11. Банди Б. Методы оптимизации.-М.: Радио и связь, 1988. C.37-42.

12. Батищев Д.И. Расчет динамических характеристик электромагнитов //Электротехника.1966.-№5.- C.53-55.

13. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984.- 247с.

14. Бахвалов Ю.А., Бондаренко А.И. Решение внешних краевых задач при расчёте электромагнитных полей методом конечных элементов // Изв. вузов Электромеханика.- 1983.-№6.- C.5-10.

15. Бахвалов Ю.А., Гринченков В.П. Математическое моделирование переходных процессов в массивных магнитопроводах //Изв. вузов Электромеханика.- 1968.- №1.- С.14-24.

16. Бахвалов Ю.А., Гринченков В.П., Никитенко А.Г. Расчёт магнитных полей и интегральных характеристик электромагнитов с незамкнутым магнитопроводом // Изв. вузов Электромеханика.- 1977.- №10.- С.1069-1072.

17. Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Щербаков В.Г. Численное моделирование магнитного поля и силовых взаимодействии электромагнитного захвата корпусосбороч-ных устройств комбинированным методом // Изв. вузов Электромеханика.- 1990.- №10.-С.37-39.

18. Бахвалов Ю.А. Никитенко А.Г., Щербаков В.Г. Аналитический обзор методов расчета магнитных полей электрических аппаратов // Электротехника.- 1997.- №1.- С. 15-19.

19. Бахвалов Ю.А., Серебряков В.И., Морозова О.И. Расчет электромагнитного поля и пон-дероматорных сил в движущихся системах электромагнитного подвеса / Материалы 3-й Всесоюзной науч.-техн. конф. по ВСНТ, г. Новочеркасск, Изд-во СКНЦ ВШ, 1984. С.75-76.

20. Белокопытов С.Л. Сужение множества Парето-оптимальных решений с помощью безусловного критерия в дискретных задачах векторной оптимизации //Изв. СКНШ ВШ Технические науки.- 1986.- №1.- С.48-51.

21. Белокопытов С.Л., Лобов Б.Н., Тушканов Н.Б., Деревянкина H.A. Методика рационального выбора варианта построения электрического аппарата по многим критериям// Изв. вузов Проблемы энергетики.- 2005.- №3-4.- С.55-61.

22. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы* граничных элементов в прикладных науках. М.: Мир, 1984.- 494с.

23. Бородулин Ю.В., Попов Г.В. Автоматизация проектирования электромеханических, объектов." Иваново, 1982.- 58с.

24. Боуман Дж., Эмерсон С., Дановски М. Практическое руководство по SQL. 3-е издание.: Пер. с англ.- К.: Диалектика, 1997.- 320сГ

25. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1969. 564с.28; Бреббия К., Уокер С. Применение метода граничных элементов в технике, М.: Мир, 1983. ' ■ '

26. Бреббия К., Теллес Ж.", Вроубед Д. Методы граничных элементов; М.: Мир,,1987.-524с.

27. Бугаев Г.А. О критериях для оценки электромагнитов //Электричество- 1966.7 №11'.

28. Бугаев Г.А. Расчет основных размеров клапанных электромагнитов постоянного тока //Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1981.-Вып.-6(97).-С. 10-11. ■ ■ ' , ;

29. Бугаев Г.А. Экспериментальные исследования , электромагнитов:, клапанного ; типа • //Электротехническая промьппленность. Сер. Аппараты-низкого напряжения.- 1984.1. Вып.3(112).- С.18-19. ,

30. Буль Б.К. Методы расчёта магнитных цепей с воздушным зазором и распределённой н.с. // Электричество.- 1969.- №10.- С21-27.

31. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей.- М:: Энергия, 1967.-464с. .

32. Буткевич Г.В. Дуговые процессы при коммутации электрических цепей! М.:. Высш. щк., 1967.

33. Веников В.А. Теория подобия и моделирование. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Высш. шк., 1976.- 479с.

34. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле.- Л.: Энергия, 1975. 319с.

35. Витенберг М.И. Определение нагрева обмоток электромагнитных реле // Автоматика и телемеханика.- 1958:-Т.Х1Х.-№9.

36. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле для аппаратуры автоматики и связи. -М.: Госэнергоиздат, 1961.

37. Вундер Я.Ю. Метод расчета температуры нагрева обмотки, работающей в импульсном режиме/Труды ВНИИР. Низковольтная аппаратура. Чебоксары, 1974. Вьтп. 3 . С.110-116.

38. Вундер Я.Ю. Расчет максимальной и среднеобъёмной температуры обмоток электрических аппаратов//Электричество.-1976.-№12.-С.77-81.

39. Гафт М. Г. Принятие решений при многих критериях. М., 1979. 62 с.

40. Гизбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. JL: Машиностроение Ленигр. отд-ние, 1980. 364с.

41. Глушаков C.B., Ломатько Д.В. Базы данных. Учебный курс.- Харьков: Фолио, 2000.-504с.

42. Гоголевский В.Б. К вопросу расчета динамики электромагнитных механизмов. В кн.: Автоматизированное управление. М.: АН СССР, 1960. С. 188-194.

43. Гокун В.Б. Технологические основы конструирования. М.: Машгиз, 1963.-132с.

44. A.C. 881889 СССР МКИ Н01Н9/56. Электромагнитный контактор переменного тока с синхронизированным управлением / Гольцман Э.Р., Свинцов Г.П., Софронов Ю.В.-Опубл. 15.11.81. Бюл. №42.

45. A.C. 1042095 СССР МКИ Н01Н9/56. Электромагнитный коммутационный, аппарат / Гольцман Э.Р., Свинцов Г.П., Софронов Ю.В.- Опубл. 15.09.83. Бюл. №34.

46. Гольцман Э.Р., Свинцов Г.П., Софронов Ю.В. Синхронное включение электромагнитных коммутационных аппаратов // Электротехническая промышленность, Сер. Аппараты низкого/напряжения.- 1984.- Вып.4(113).- С.12-16;

47. ГОСТ 19903-74. Сталь листовая горячекатанная. Сортамент.-М.: Изд-во стандартов, 1982.-55с.

48. ГОСТ 10434-82. Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1982. 18с.

49. ГОСТ 2.103-68. Единая система конструкторской документации. Стадии разработки. -М.: Изд-во стандартов. 1995. 4с.

50. Гордон A.B., Сливинская А.Г. Электромагниты переменного тока. М., Энергия , 1968. -200с.

51. Гордон A.B., Сливинская А.Г. Электромагниты постоянного тока. М.: Госэнергоиздат, 1960.-447с.

52. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.: Изд-во АН СССР, 1948. 727с.

53. Гринченков В.П., Палий В.Я., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Математическое моделирование переходных характеристик электромагнитов с массивными магнитопроводами // Электротехника.- 1977.- №2.- С.50-54.

54. Гурницкий В.Н. Динамические характеристики электромагнита постоянного тока. Барнаул: Алтайское книжное издательство, 1968. -55с.

55. Гуров C.B., Тютькин В.А. Архитектура средств математического обеспечения САПР ИДП //Тез.докл. Всесоюзного науч.-техн. совещания по применению методов случайного поиска в САПР. Выру-Кубия, 1979. С. 90-93.

56. Двайт Т.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука. 1973. -• 228с.t

57. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных, 6-е издание: Пер. с англ. К.; СПб.: Издательский дом "Вильяме", 2000. - 848с.

58. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З: Численные методы анализа: Физматгиз , 1963.-400с.

59. Демирчян К.С., Солнышкин Н.И. Расчет плоскомеридианных магнитных полей методомконечных элементов //Изв.АН СССР Энергетика и транспорт.- 1975.- №1.- С.45-48.

60. Демирчян К.С., Чечурин B.JI. Машинные расчеты электромагнитных полей. М.: Высш. шк. 1986.-240с.

61. Демирчян К.С. Моделирование магнитных полей. Л.: Энергия, 1974.-288с.

62. Демирчян К.С., Солнышкин Н.И. Расчет трехмерных магнитных полей методом конечных элементов // Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт.- 1975.- №5.

63. Диго С.М. Проектирование и использование баз данных.- М.: Финансы и статистика, 1995.- 234с.

64. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974.

65. Дубов Ю. А. и др. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М., 1986. 295 с.

66. Егоров Е.Г. Испытания и исследования низковольтных коммутационных электрических аппаратов. — Чебоксары.: Изд-во Чувашс.Ун-та, 2000. 448 с.

67. Залесский A.M., Кукеков Г.А. Тепловые расчеты электрических аппаратов. Л.: Энергия, 1967. 380с.

68. Залесский A.M., Кукеков Г.А. Тепловые расчеты электрических аппаратов. М.: Энергия, 1976. 377с.

69. Залесский A.M. Основы теории электрических аппаратов. М.: Высш. Шк., 1974. 184с.

70. Залесский A.M. Электрическая дуга отключения. Л.: Госэнергоиздат, 1963.

71. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир , 1975. 544с

72. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 255с.

73. Казаков JI.B., КончаловскийВ.Ю. Оптимальные'соотношения размеров магнитопровода электромагнитов постоянного тока //Электричество.- 1964.- №10.

74. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергия,Л986. 410с.

75. Калинкин B.C. Подъемные электромагниты. М. Металлургиздат. 1962.' - 115 с.

76. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука ,1978. 512с.

77. Карасев В.А. Расчет оптимальных по быстродействию электромагнитов // Электричество.-1966.-№4.

78. Карасев В.А. Расчет динамических режимов электромагнитов // Электричество.- 1964.-№1.

79. Карасев В.А. Расчет динамических режимов электромагнитов //Труды ЦНИИ, вып. 7. М.: Оборонгиз, 1962.

80. Карпенко Л.Н. Математическое моделирование электрических аппаратов / Ленинград, политехи, ин-т. Л., 1980. 93с.'

81. Каталог эффективных решений автоматизированного проектирования и подготовки производства/Санкт-Петербург: РОСИНФОСЕРТ, 2000, 43с.

82. Киклевич Л.В., Кудрявцев И.В. Расчет стационарных тепловых режимов токоведущих систем электрических аппаратов // Вестн. ХПИ , 1979. №151. С. 31-34.

83. Ким Дон Дин, Коробкин А.Д., Слабоденюк Ю.П. Вопросы оптимального проектирования электромагнита ударного действия // Электрические силовые импульсные схемы: Сб. тр./ ИГД СО АН СССР- Новосибирск. 1969. С.22-24.

84. Кириллов В.В. Структурированный язык запросов (SQL).- СПб.: ИТМО, 1994.- 80с.

85. Клименко Б.В. Ассиметричный нагрев обмоток в стационарном режиме // Изв. вузов "Электромеханика".-1971.- №9.- С.994-1000.

86. Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы. М.: Энергоатомиздат, 1989. -160с.

87. Кобленц М.Г. Выбор оптимальных соотношений меди и стали в аппаратах постоянного тока // Вестник электропромышленности.- 1961.- №11.

88. Ковалев О.Ф. Комбинированные методы моделирования магнитных полей в электромагнитных устройствах.- Ростов н/д,: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001, 220с.

89. Ковалёв О.Ф., Лобов Б.Н., Краснов E.H. Расчет нестационарного температурного поля электромагнитных захватов методом конечных элементов// Изв. вузов Электромеханика. -1995.-№1-2.-С.24-29.

90. Колонтаев A.C., Маслов С.И., Маслова Т.Н. Компьютерное моделирование электромеханических систем / Под ред. С.И. Маслова. М.: МЭИ, 1996. - 95с.

91. Корнеев K.K. Базы; данных. Интеллектуальная обработка информации.- М'.: Феникс, 2001.-350с. . ' , . •

92. КоцБ.Э. Электромагниты постоянного тока с.форсировкой. М.: Энергия, 1973; 80с.

93. Крепко Ю.А., Полищук В:В; Автокад 13: Новые возможности: В:2-х.частях. Mi: Диалог-МИФИ, 1997. -288с: ; ■'•.■"-•'■*;■.■

94. Кузин Л.Т. Основы кибернетики. Т.1. Математические основы кибёрнетики. Учеб. пос. для ВТУЗов. -М.: Энергия, 1973. 504 с.

95. Кузнецов P.C. и др:- Новая дугогасительная камера деионного типа //Электротехника.•■ 1970:-№3. ; • ; V . :'. ' ■ '

96. Ю5.КузнецовР.С. Аппараты распределсния электрическок энергии на напряжение до 1000 В-—М;: Энергия, 19701; : ■ :: ■.';•'■ -J

97. Кулаков П;Д. Устойчивость горения;электрической дуги / П.А. ¡Кулаков, О.Я; Новиков, A.Hi Тимошевский. Новосибирск:-Наука; Сиб; отд-ние; 19921- 199с. - (Низкотемпера-турнаяшлазма;Т.5); • : ; •

98. Кулон Ж.-Л., Сабоннадьер Ж.-К. САПР в электротехнике: Пёр. с франц.-Mi:: МйрД988>' -208с.,ил. : • '*■•''.■'-- ' '-. .'•'■.•'■■'•. ■108; Курбатов И.А;, АринчишС.А. Численный расчет электромагнитных полей.^ М:: Энерго-атомиздат, 1984.- 168с.

99. Ламмеранер И., Штафель Ш. Вихревые токи. М.Л.: Энергия,. 1967. 208¿:

100. Лобов Б.Н;, Никитенко А.Г. Система;« автоматизированного проектирования тяговых элёктромагнитных аппаратов (САПР ТЭА) на. базе персонального компьютера; //'Элёк-тровозостроение: Сб. науч. тр. / ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1995, Т.35. С.82-89:

101. Лобова Т.В., Ткачев А.Н., Лобов Б.Н. Учет вихревых токов в шихтованных;магнито-проводах электромагнитов переменного тока // Сборник статей по материалам ! науч.-технн. конф. студ. и асп. НГТУ. Новочеркасск, 1996.-С.67-68.

102. Лобов Б.Н. Учебная система автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов (САПР; ЭА) // Компьютеризация учебного процесса по электротехническим дисциплинам. Тёз. докл. Третьей межвуз. науч.-метод. конф;. Астрахань, 1995; С. 145-146.

103. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г., Краснов E.H., Гринченков В.П. Оптимизация электромагнитных захватов броневого типа// Изв. вузов Электромеханика.- 1993.- №3.- С.48-51.

104. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Системы автоматизированного проектирования.электромагнитных аппаратов // Изв. вузов Электромеханика.- 1994.- №3.- С.14-18.

105. Лобов Б.Н. Система автоматизированного проектирования тяговых аппаратов на базе персонального компьютера // Состояние и перспективы развития'локомотивостроения. Тез. докл. Международной науч.-техн. конф. Новочеркасск. 1994. С. 89.

106. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Система автоматизированного проектирования* электромагнитных аппаратов // Эффективность информационных технологий обучения в высшей школе. Тез. докл. Межвуз. науч.-практ. конф. Новороссийск. 1994. С. 64-65.

107. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Модуль автоматизированного расчета механических характеристик электромагнитных аппаратов // Изв. вузов Электромеханика.- 1987.- №8.- С.80-83.

108. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Модуль автоматизированного расчета параметров дугога-сительного устройства электрических аппаратов // Изв. вузов Электромеханика.- 1988.-№5.- С.79-83.

109. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Пакет программ автоматизированного проектирования то-коведущей цепи электромагнитного аппарата // Изв. вузов Электромеханика.- 1988.- №6.-С.94-99.

110. Лобов Б.Н., Никитенко-А.Г., Бахвалов Ю.А. Система автоматизированного проектирования электромагнитной аппаратуры электровозов // Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране. Тез. докл. 6-ой Всесоюз. науч.-техн. конф. М. 1987. С. 72.

111. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Система автоматизированного проектирования" электромагнитных аппаратов постоянного тока // Автоматизация проектирования электрических устройств и систем. Тез. докл. Всесоюз. семинара. Истра. 1984. С.47-51.

112. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Палий В.Я. Подсистема САПР электромагнитов подвеса // Итоги и перспективы создания высокоскоростного наземного транспорта. Тез. докл. Второй Всесоюз. науч.-техн. конф. М. 1980. С. 34-35.

113. Лобов Б.Н., Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Алексеева Г.А. Автоматизация проектирования электромагнитных механизмов постоянного тока // Изв. вузов Электромеханика.1979.-№4,- С.310-317.

114. Лобов Б.Н., Дубов В.В., Никитенко А.Г. и др. Экспериментальное определение усилия левитации электромагнита подвеса // Электровозостроение. Высокоскоростной наземный транспорт: Сб. трудов. / ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1979, Т.19. С.43-49.

115. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г., Бахвалов Ю.А. Разработка САПР Электромагнитной аппаратуры электровозов // Электровозостроение: Сб. трудов. / ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1979, Т. 19. С.32-35.

116. Лобов Б.Н. Выбор способа гашения дуги при проектировании электрических аппаратов //Электрика.- 2004.- №1.

117. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П. Выбор кинематической схемы при проектировании электромагнитных аппаратов // Изв. вузов Электромеханика.- 2004.- №3.- С.39-43.

118. Лобов Б.Н., Белокопытов С.Л. Методика рационального выбора варианта построения электрического аппарата по многим критериям //Электрооборудование, электроснабжение, электросбережение. Мат. науч.-техн. конф. Г. Ижевск 24-28 мая 2004г. С.76-82.

119. Лобов Б.Н., Палий В.Я. Выбор конструкции и материала контактов при проектировании электромагнитных аппаратов //Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики.- 2003.- №4/2003.- С.44-49.

120. Лобов Б.Н. Выбор конструкции электромагнитного привода //ИВУЗ Сев.-Кав.рег. Техн.науки. Проблемы мехатроники 2003. Мат.междун. науч.-практич.коллок. г. Новочеркасск 15-20 сент. 2003г. Спец.вып. С. 16-20.

121. Лобов Б.Н., Тимакова И.Р. Выбор конструкции электромагнита: Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611795. Выдано РОСПАТЕНТОМ 28.07.2003.

122. Лобов Б.Н. Расчет стационарного температурного поля электромагнита П-образного типа постоянного тока // Изв. вузов Электромеханика.- 1979.- №6.- С.40-46.

123. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я. О влиянии геометрических соотношений на время трогания электромагнита переменного тока // Изв. Вузов Электромеханика.-1976.-№1.- С.46-53.

124. Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Влияние геометрических соотношений на динамические характеристики электромагнита с внешним поворотным якорем // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1977.- №1(59).- С.7-11.

125. Лобов Б.Н., Палий В.Я., Никитенко А.Г. Синтез динамики электромагнитов.// Электротехническая промышленность. Серг Аппараты низкого напряжения.- 1977.- №3(61).- С.9-11.

126. Лобов,Б.Н., Щучинский С.Х., Золоев В.Б. Алгоритм теплового расчета электромагнита переменного тока. Сб. науч. тр. Уплотнения трубопроводной арматуры. ЦКБА. СЛетербург, 1991. С.32-39.

127. Лобов Б.Н., Палий В.Я., Мацупин Г.П., Лобанова Л.С. Формализация выбора конструкции электромагнитного аппарата //Состояние и перспективы развития электроподвижного состава. Тез. докл 4-ой Между нар. конф. Новочеркасск, 2003.- С.283-285.

128. Лобов Б.Н., Медведев В.В., Плахотин О.Б. Оптимизация магнитной системы контактора, МК-201 // Вестник Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторско-го института электровозостроения. Новочеркасск, 2006. №1(50). С.229-235.

129. Лобов Б.Н. Рациональный выбор технических решений при проектировании тяговых электрических аппаратов //Вестник Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. Новочеркасск, 2007. №1(54). С.29-35.

130. Лобов Б.Н., Белокопытов С.Л., Ким P.A. Метод равнозначных критериев и его применение для выбора конструкции дугогасительного устройства // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2004.-№1 .-С.32-36.

131. Лобов Б.Н., Палий В.Я., Мацупин Г.П. Устройство форсированного включения электромагнитного привода// Изв. вузов Электромеханика. 2004.- №1.- С.67.

132. Лобов Б.Н., Плахотин О.Б. Оптимизация электромагнитного механизма по статическим и динамическим показателям качества //Изв. вузов Электромеханика.- 2006.- №1.- С.ЗЗ-37.

133. Лобов Б.Н., Ковалёв О.Ф., Подберёзная И.Б. Влияние вихревых токов на потери в шихтованных и сплошных магнитопроводах электромагнитов переменного тока// Изв. Вузов Сев.-Кав. регион Технические науки. 2006. - №2. - С.32-39.

134. Лобов Б.Н. Алгоритм расчёта параметров зоны короткозамкнутого вцтка электромагнита переменного тока // Изв. вузов Электромеханика,- 2010.- №1.- С.77-79.

135. Лобов Б.Н. Формализация выбора способов гашения дуги в низковольтных электрических аппаратах // Изв. Вузов Сев.-Кав. регион Технические науки.- 2010.- №1.- С.45-52.

136. Лобов Б.Н. Алгоритм параметрического синтеза электромагнитов // Изв. вузов Сев.-Кав. регион Технические науки.- 2010.- №2.- С.75-61.

137. Лобов Б.Н. Системный подход к проектированию электромагнитного аппарата,// Изв.fвузов Электромеханика.- 2010.- №2.- С.21-31.

138. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Плахотин О.Б. Выбор схем-форсированного питания электромагнитов // Вестник Всероссийского» научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. -2006.- №3(52).—С. 102-110.

139. Лукомский Я.И. Теория корреляции и её применение к анализу производства. М.: Гос-статиздат, 1958. 388 с.

140. Лыков Л.В. Тепломассообмен.: Справочник. М.: Энергия, 1978. 480с.

141. Лысов Н.Е., Третьяк В.Г. Основы тепловых расчетов электрических аппаратов. М.-Л.: Энергия, 1959.-335с.

142. Лысов Н.Е. Расчет электромагнитных механизмов. М.: Оборонгиз, 1949. 181с

143. Львов Е.Л. Связь между различными методами расчета статических тяговых сил в электромагнитных системах / Труды Московского энергетического института,- вып.7. Гос-энергоиздат, 1951.

144. Любчик М.А. Динамическая эффективность электромагнитных механизмов. // Электричество , 1972. №5.С.48-54.

145. Любчик М.А. Расчет и проектирование электромагнитов постоянного и переменного тока. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. 224с.

146. Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока. М.: Энергия, 1968. 151с.

147. Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М.: Энегия,1974. -392с.

148. Маергойз И.Д. Итерационные методы расчета статических полей в неоднородных, анизотропных и нелинейных средах. Киев: Наукова думка, 1979. 212с.

149. Макаров M. М. и др. Теория выбора и принятия решений. М., 1982. 315 с.

150. Макарычев Ю.М., Рыжов С.Ю., Чуднов В.К. К расчету конечной длины магнитопрово-да при расчете плоских квазистационарных электромагнитных полей методом конечных элементов // Электротехника.- 1999.- №1.- С.7-11.

151. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970. 576с.

152. Моделирование на ЭВМ электрических и магнитных полей в устройствах бесконтактного движения / Ю А. Бахвалов, В.И. Бочаров, А.И. Бондаренко и др. // Изв. вузов Электромеханика.- 1985.-№1.- С.5-15.

153. Назаренко А.П. Техотчет заводских лабораторий ХЭМЗ. Харьков, 1958.

154. Намитоков К.К. Электроэрозионные явления.- М.: Энергия, 1978. 456 с.

155. Некрасова Н.Р., Коваленко О.Ю. Общая электротехника и электроника / Под общей ред. С.А.Панфилова. — Саранск: Мордовский Г.У., 2003.

156. Некрасов С.А. Математическое моделирование многоточечных контактов // Изв. вузов Электромеханика.- 1987,-№4,- С.74-83.

157. Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Палий В.Я., Лобов Б.Н. Моделирование на ЭВМ магнитной цепи электромагнита с ферромагнитным экраном // Электротехника.- 1976.- №8.-С.30-35.

158. Никитенко А.Г., Ковалева Н.И., Палий В.Я. Математическая модель динамики включения электромагнитного аппарата //Изв. вузов Электромеханика.- 1987.- №3.-С.65-70.

159. Никитенко А.Г., Лобов Б Н. Учебная система автоматизированного проектирования электромагнитных аппаратов (САПР ЭА): Сертификат ассоциации разработчиков и>пользователей компьютерных обучающих программ №24/95/ Выдан 14.09.1995.

160. Никитенко А.Г. Автоматизированное проектирование электрических аппаратов. М.: Высшая школа, 1983. - 192с.

161. Математическое моделирование и автоматизация.* проектирования тяговых электрических аппаратов / А.Г. Никитенко, В.Г. Щербаков, Б.Н. Лобов, Л.С. Лобанова; Под ред. А.Г. Никитенко, В.Г. Щербакова. М.: Высш. школа, 1995. 610 с.

162. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Сохадзе Г.В. О синтезе динамики электромагнитов с использованием схем замещения магнитной цепи //Теория цепей и сигналов. Тез. Докл. 3-ей Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участ. Таганрог, 1996. С.88.

163. Никитенко А.Г. и др. Программирование и применение ЭВМ в расчетах электрических аппаратов: Учеб. пособие для вузов / А.Г. Никитенко, В.П. Гринченков, А.Н. Иванченко.-М.: Высш. шк.,1990. -231 с.

164. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н О выборе расчетного значения индукции в рабочем зазоре при проектировании электромагнитов постоянного тока. Сб. науч.тр. Электрические машины и аппараты. Чебоксары, 1980. С.52-57.

165. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Проектирование электромагнита с заданной тяговой характеристикой // Изв. вузов Электромеханика.- 1981.- №8.- С.899-903.

166. Никитенко А'.Г., Лобов Б.Н., Артюхова И.И., Палий В .Я. О* влиянии геометрических размеров на динамические показатели электромагнита клапанного типа // Изв.вузов Электромеханика.- 1981.-№11.- С. 1214-1221.

167. Никитенко А.Г., Могилевский Г.В., Лобов Б.Н. Расчет динамики включения электромагнита постоянного тока // Изв.вузов Электромеханика.- 1982.- №1.- С.48-51.

168. Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Гревцов В.Н., Лобов Б.Н. Синтез характеристик и анализ геометрических соотношений электромагнитных механизмов переменного тока. XXY International Wissenchaft Kolloquium. Ilmenau, BKD, 1990.- S.29-3U

169. Никитенко» А.Г., Гринченков В.П., Лобов Б.Н., Палий В.Я. Оптимизация параметров электромагнитов подвеса// Изв. вузов Электромеханика.- 1978.- №2.- С. 1306-1310.

170. Никитенко А.Г., Палий В.Я., Лобов Б.Н., Гринченков В.П. Алгоритм расчета стабилизирующих сил электромагнитного подвеса // Изв: вузов Электромеханика.- 1984:- №7.-С.50-54.

171. Никитенко А.Г., Краснов E.H., Лобов Б.Н., Гринченков В.П. Оптимизация геометрии1 электромагнитных захватов корпусосборочных устройств // Изв. вузов Электромеханика.-1990.-№9.- С.66-70:

172. Никитенко А.Г., Краснов E.H., Гринченков В.П., Лобов Б.Н. Расчет силовых характеристик электромагнитных захватов корпусосборочных устройств // Изв. вузов Электромеханика.- 1991.- №3.- С.100-104.

173. Никитенко А.Г.,,Пеккер И.И. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 275 с.

174. Никитенко А.Г. Проектирование оптимальных электромагнитных механизмов. М.: Энергия, 1974.-135 с.

175. Никитенко А.Г., Овсянников В.В. К расчету динамических характеристик электромагнитов, включаемых на выпрямленное напряжение // Изв. вузов Электромеханика.- 1964.-№4.- С.464-470.

176. Никитенко А.Г., Палий В.Я. О расчете динамических процессов в схеме силовой фор-сировки электромагнитов // Изв. вузов Электротехника.- 1967.- №7,- С.39-41.

177. Никитенко А.Г. О выборе оптимальной тяговой динамической характеристики электромагнита постоянного тока// Изв. вузов Электромеханика.- 1974,- №10.- С.1077-1081.

178. Никитенко А.Г., Палий В.Я., Пеккер И.И. Проектирование электромагнитов по заданным динамическим характеристикам // Изв. вузов Электромеханика.- 1970.- №3.- С.271-278.

179. Никитенко А.Г., Наталевич К.В., Лобов Б.Н., и др. Экспериментальное исследование электрической дуги.постоянного тока // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1975.-№6(46).- С.2-6.

180. Никитенко А.Г., Наталевич К.В. , Лобов Б.Н. и др. Исследование гашения электрической дуги при отключении индуктивных цепей постоянного тока // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1977.- №4(62).- С.6-7.

181. Никитенко А.Г., Ковалева Н.И., Палий В.Я. Программный модуль расчета динамики электромагнитного контактора// Изв. вузов Электромеханика.- 1987.- №4.- С.85-89.

182. Никитенко А.Г. О выборе расчетных значений индукции при проектировании электромагнитов постоянного тока// Изв. вузов Электромеханика.- 1974.- №3.- С.278-284.

183. Никитенко A.F., Грйнченков В.П., Лобов Б.Н. Расчет электромагнитных полей в электрических аппаратах // Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране. Тез. докл. 5-ой Всесоюз. науч.-техн. конф. М. 1981. С. 67.

184. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Грйнченков В.П., Тындик В.В. Информационно-измерительный стенд для комплексного исследования электромагнитных систем // Изв. вузов Электромеханика.- 1985.- №4,- С.81-84.

185. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Бахвалов Ю.А. Разработка системы автоматизированного проектирования электромагнитной аппаратуры электровозов // Электровозостроение: Сб. трудов. / ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1988, Т.29. С.88-94.

186. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н., Грйнченков В.П. и др. Синтез характеристик и анализ энергетических соотношений электромагнитных механизмов переменного тока // Изв. вузов Электромеханика.-1991.- №11.- G.63-67.

187. Новик Я.А. Численный расчет магнитного поля методом конечных элементов в электрических машинах с учетом насыщения стали // Изв. АН Латв. СССР. Сер. физи ческих и технических наук, 1974. №5. С.96-104.

188. Новик А.Я: Вариационная формулировка решения задачи расчета трехмерного стационарного магнитного поля с учетом нелинейных свойств среды // Изв. АНЛатв.ССР. Физические и технические науки.- 1974.- №4.- С.78-89.

189. Новиков Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов. Л.: Энергия, 1970.-326 с.

190. Омельченко В.Т., Исакова A.B. О выборе контактных материалов для слаботочных контактов //Вестник ХПИ, Харьков, 1968, вып.З, №28(76).

191. Омельченко В.Т. Выбор контактных материалов //Электричество.- 1968.- №11.

192. Определение оптимальных размеров контактных накладок / Ю.М. Долинский, В.В. Зиновьев, Е.В. Рожещенко, В.И. Фомин //Вестн. ХПИ, 1978. №144. Вып. 3. С.20-22.

193. Основы теории электрических аппаратов / Буль Б.К., Буткевич Г.В. и др. Под ред. Г.В. Буткевича. М-., 1970, 600с.

194. Павленко A.B., Калленбах Э., Гринченков В.П., Беляев Н.П. Проектирование быстродействующих электромагнитов с заданными динамическими параметрами // Изв. вузов Электромеханика.- 2002.- №4.- С.76-80.

195. Павленко A.B., Гринченков В.П., Беляев Н.П. Моделирование динамики электромагнитных механизмов, обеспечивающих минимальную конечную скорость // Изв. вузов Электромеханика.- 2002.- №4.- С.55-59.

196. Павленко A.B. Разработка методов и оптимизация быстродействующих электромагнитов автоматических выключателей электровозов: Автореф. Дис.канд.техн.наук./ ЛПИ-Л. 1984. 22 с.

197. Палий В.Я., Никитенко А.Г. Лобов Б.Н. и др. Расчет электромагнита системы магнитного подвеса высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ) // Изв. вузов Электромеханика,- 1978.- №7.- С.712-717.

198. Палий В.Я., Гринченков В.П., Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Моделирование на АВМ магнитной цепи электромагнита с ферромагнитным экраном // Электротехника.- 1976.- №8.-С.30-35.

199. Пархоменко C.B. Машинное конструирование плавких предохранителей //Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения.- 1979.- Вып. 7(83).- С. 4-6.

200. Пацеура В.И. Графоаналитический метод расчета динамических характеристик тяговых электромагнитов // Электротехника-. 1975,- №9.- С.50-53.

201. Патент на изобретение №2277734. Российская федерация МКИ H01F7/18.Устройство питания электромагнитного привода постоянного тока от источника переменного тока / Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я.- Опубл. 27.01.2006. Бюл. №15. '

202. Патент на изобретение №2246774. Российская федерация МКИ Н01Н7/03. Электромагнит с задержкой^ времени при »срабатывании / Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я.-Опубл. 20.02.2005. Бюл. №5.

203. Пеккер И.И., Никитенко А.Г. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах. Mi: Энергия, 1967, 230с.

204. Пеккер И.И. Физическое моделирование электромагнитных механизмов.- М.: Энергия, 1969. 64с.

205. Пеккер И.И. Графоаналитический расчет динамических характеристик электромагнитов // Изв.вузов Электромеханика.- '1958.- №8.- С.1151-1156.

206. Петренко А.И. Автоматизация схемотехнического проектирования систем с элементами разной физической природы // Автоматизация проектирования технологических процессов. Сб. науч. тр. Минск. 1984.

207. Подберезная И.Б., Лобов Б.Н., Ковалёв О. Ф. Экспресс-метод анализа электромагнитных полей в нестационарных режимах на базе MIO // Изв. вузов Электромеханика.-2004.-№1.- С. 10-19.

208. Попов В.Л. и др. САПР автоматических выключателей // Применение ЭВМ при проектировании и испытаниях электрических аппаратов. Сб. науч. тр. ВНИИЭлектроаппарат, Харьков, 1975.

209. Попов П. Г., Шумилов Ю. А. Анализ электромагнитных устройств с индуктивными связями методом конечных элементов //Электричество.- 1978.- № 11.- С. 43-47.

210. Потоцкий С. И., Белокопытов С. Л., Недельский В. А. Дискретная мйогокритериальная задача выбора структуры комплекса устройств сопряжения с объектом // Изв. Вузов Электромеханика,- 1988.-№ 1.- С.103-111.

211. Проектирование электрических аппаратов: Учебник для вузов / Г.Н. Александров, В.В. Борисов, Г.С. Каплан и др.; Под ред. Г.Н. Александрова.- Л.: Энергоатомиздат Ленингр. отд-ние, 1985. 448 с.

212. Программная система PROFI 3D AC Version 3.0. Разработчик BOSH. Руководство пользователя. 1998.

213. Программная система Maxwell. Разработчик Ansofït Corporation, www.ansoft.com

214. Программная система PROFI 7.5 . Разработчик BOSH. Руководство пользователя. 1998.

215. Программная система PROFI 2D TRANSIENT Version 2.0. Разработчик BOSH. Руководство пользователя. 1998.

216. Птах Г.К. Развитие методов расчёта электромагнитных процессов в электромеханических системах с индукторными машинами: Монография / Юж.-Рос.гос.техн.ун-т. Новочеркасск: Ред.журн. Изв.вузов Электромеханика, 2003, 232 с.

217. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования ACCEL EDA 14.x M.: СЛПресс, 1996. - 223 с.

218. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (Pspice).- M.: СКПресс, 1996. 268 с.

219. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования* MicroCap.- M.: СКПресс, 1996.-225 с.

220. Разработка САПР: В 10 кн. Кн.6. Выбор средств программно-технического комплекса САПР: Практ. Пособие / Ю.Г. Нестеров, И.С. Папшев; Под ред. A.B. Петрова.- М.: Высш. Шк., 1990.-159 с.

221. Раховский В.И., Левченко Г.В., Теодорович O.K. Разрывные контакты электрическихiаппаратов. — М.-Л.: Энергия, 1966. 296 с.

222. Ротерс Г. Электромагнитные механизмы М.: Госонергоиздат, 1949. — 523 с.

223. Руа Б. Проблемы и методы принятия решений в задачах со многими целевыми функциями. В кн.: Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М., 1976. - 228 с.

224. Руссова Н.В., Свинцов Г.П. Моделирование и синтез П-образных электромагнитов постоянного тока и напряжения: Учеб. Пособие. Чебоксары; Изд-во Чуваш. Ун-та, 2003. 228 с.

225. Саврушев Э.Ц. P-CAD для Windous. Система проектирования печатных плат: практ.пособие.-М.: ЭКОН, 2002.-320 с.

226. САПР и графика / М.: КомпьютерПресс, 1997. 96 с.

227. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы. М.: Наука. 1989.-432 с.

228. Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов.- М.: Энергия, 1975. 560 с.

229. Свинцов Г.П. Расчет проводимости плоскопараллельных магнитных полей1 в воздушных зазорах комбинированным* методом Ротерса // Изв. вузов Электромеханика.-1996.-№1-2,- С.38-47.

230. Свинцов Г.П. Моделирование и оптимизация элекгромагнитных приводов электрических аппаратов. Дисс. на соиск. уч.степ.д-р.техн. наук. Чебоксары - Москва, 2001.-700 с.

231. Свинцов Г.П. Динамика срабатывания П-образных двухкатушечных электромагнитов переменного напряжения с внедряющимся якорем // Электрические аппараты: Межвуз. сб. науч. тр. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998. С.75-85.

232. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов: Мир , 1979. 388 с.

233. Семендяев К.А. Эмпирические формулы. M.-JL: Гостехиздат, 1933. 88 с.

234. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие в 9 кн./ Под ред. И.П. Норенкова. М., 1986. 159 с.

235. Сливинская А.Г. Расчет времени срабатывания электромагнитов« постоянного тока. — М.: Изд. МЭИ, 1964.

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

237. Смирнов Н.В., Дулин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. Изд. 2-е, доп. М.: Наука, 1965. 511 с.

238. Сотсков Б.С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств. М.: Энергия, 1965. - 576 с.

239. Соболев С.Н. Расчет и конструирование низковольтной электрической аппаратуры. -М.: Высш. шк., 1972. 264 с.

240. Софронов Ю.В., Гальетов В.П., Левашов A.B. Исследование динамики электромагнита переменного тока на АВМ. Сб. стат. под ред. C.B. Покровского Электрические машины и аппараты, Чебоксары , 1971. С.66-70.

241. Софронов Ю.В., Костылев В.И., Зайцев Ю.М. Влияние параметров электромагнитов переменного тока на его время трогания при включении. Сб. стат. Вып.2, под ред. C.B. Покровского Электрические машины и аппараты, Чебоксары, 1971. С.60-65.

242. Софронов Ю.В. К расчету времени движения электромагнитов переменного тока. Сб. стат. вып.З под ред. C.B. Покровского Электрические машины и аппараты, Чебоксары , 1973 .С.168-179.

243. Софронов Ю.В. Расчет и проектирование электромагнитов переменного тока. Чебоксары: Изд. Чуваш, ун-та, 1980. 72 с.

244. Сравнение методов расчета электромагнитов систем магнитного подвеса ВСНТ./ Ю.А. Бахвалов, А.Г. Никитенко, В.П. Гринченков.- В кн.: Высокоскоростной наземный транспорт (межвуз. сб.). Новочеркасск: НПИ, 1979.

245. Стреттон Дж.А. Теория электромагнетизма: Пер. с англ./ Под ред. С.М.Рытова. М.: Гос-техиздат, 1948. 539 с.

246. Ступель Ф.А. Электромеханические реле.- Харьков: Изд. ХПИ, 1956.

247. Таев И.С. Электрические аппараты управления. М.: Высшая школа, 1969. 444 с.

248. Таев И.С. Электрические контакты и дугогасительные устройства аппаратов низкого напряжения.- М.: Энергия, 1973. 423 с.

249. Таев И.С., Горшков Ю.Е., Попова Е.П. Методика оптимизационного расчета основных параметров дугогасительной камеры автоматического выключателя // Изв. вузов Электромеханика,- 1981.-№10.- С. 1165-1171.

250. Таев И.С., Пархоменко C.B., Горшков Ю.Е. Математическая модель для расчета на ЭВМ дуговых процессов в автоматических выключателях // Изв. вузов Электромеханика. -1980.!- №3.- С.308-315.

251. Таев И.С. Электромагнитные аппараты автоматики и управления. М.: Высшая школа, 1975. - 224 с.

252. Таев И.С. Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения. М.: Энергия, 1965.256 с.

253. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976.- 616 с.

254. Теумин И.И. Экспериментальный анализ переходных процессов в линейных электрических цепях. М.: Сов.радио, 1956. 535 с.

255. Теория электрических аппаратов: Учебник для втузов по спец. " Электрические аппараты" / Г.Н. Александров, В.В. Борисов, B.JI. Иванов и др.; Под ред. Проф. Г.Н. Александрова. М.: Высш. Шк.,1985. - 312 с.

256. Теория столба электрической дуги /В.С.Энгелыпт, В.Ц.Гурович, Г.А.Десятков и- др.-Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.- 376с.- (Низкотемпературная плазма. Т.1).

257. Терзян A.A., Сукиасян Г.С. К определению магнитных полей численными методами // Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт, 1977, №5. С. 115-121.

258. Тер-Акопов А.К. Динамика быстродействующих электромагнитов. М. ¡Энергия, 1965. -208 с.

259. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972. -136с.

260. Ткачев А.Н. Комбинированные методы моделирования квазистационарных электромагнитных полей в нелинейных анизотропных ферромагнитных средах. Дисс. на соиск. уч.степ.д-р.техн. наук. Новочеркасск, 1998.-489 с.

261. Тозони О.В., Маергойз И.Д. Расчет трехмерных электромагнитных полей. Киев: Техника," 1974.-352 с.

262. Тозони О.В. Метод вторичных источников в электротехнике. М.: Энергия,* 1975.

263. Том А., Эйплит К. Численные расчеты полей в технике и физике. М.:.Энергия, 1964.-206с.

264. Транспорт с магнитным подвесом / Ю.А.Бахвалов, В.И.Бочаров, В.А.Винокуров и др.; Под ред. В.И.Бочарова, В.Д.Нагорского.-М.: Машиностроение, 1991. 320 с.

265. Ульман Дж. Основы систем баз данных / пер. с англ. под ред. Когаловского М.Р.- М.: Финансы и статистика, 1983. 334 с.

266. Усов В.В. Металловедение электрических контактов. — M.-JI.: Госэнергоиздат, 1963.208 с.

267. Устройства управления электромагнитами / Г.В.Могилевский,- Б.В. Клименко, Ю.И.Гридин и др. М.: Информэлектро, 1981.- 52 с.

268. Фаронов В.В., Шумаков П.В., Delphi 5. Руководство разработчика баз данных.- М.: "Но-лидж", 2000. 640 с.

269. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование.- М.: Мир, 1975. 534 с.

270. Хольм Р.Э. Электрические контакты.-М.:Издат. иностр. лит.,Пер. с немец., 1931.- 464с.

271. Черкашин А.Ю. Графоаналитический метод расчета динамических характеристик электромагнитных механизмов при оптимальном управлении // Автоматика и телемеханика. -1978.-№2.- С. 184-191.

272. Чуднов В.К., Ломоносова Л.Е. Оптимизация электромеханических систем // Сб. науч. тр.: Исследование динамики транспортных систем на электромагнитной подвеске. ВНИ-ПИгидротрубопровод,- М., 1988. С. 14-20.

273. Чунихин A.A. Электрические аппараты. Общий курс.- М.: ЭнергоатомиздатД988.-720с.

274. Швец Ю.П., Никитенко А.Г. К расчету времени трогания тяговых электромагнитных аппаратов // Изв.вузов Электромеханика.- 1971.- №3.- С.323-327.

275. Шевченко С.М. Движение и удары в электрических аппаратах автоматического управления. М.: Энергия, 1979. - 144 с.

276. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.: Мир, 1964. 775 с.

277. Шкарина Л.Н. Язык SQL: учебный курс.- СПб.: Питер, 2001. 592 с.

278. Шоффа В.Н. Методы расчета магнитных систем постоянного тока. — М.: МЭИ, 1998. -40 с.

279. Шоффа В.Н. Анализ полей магнитных систем электрических аппаратов /Под. ред. Г.Г.Нестерова. М.: Издательство МЭИ, 1994.

280. Шоффа В.Н. Проектный метод расчёта электромагнитов постоянного тока клапанного типа//Электротехника.- 1968.-№5.- С.41-45.

281. Щуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: Практическое руководство. Пер. с англ.-Мир, 1982.-238с.

282. Щучинский С.Х., Лобов Б.Н., Никитенко А.Г. Об оптимальном проектировании электромагнитов переменного тока // Изв.вузов Электромеханика.-1993.- №2.- С.73-79.

283. Щучинский С.Х., Никитенко А.Г., Ковалев О.Ф., Лобов Б.Н. Расчет стационарного температурного поля электромагнитного привода методом конечных элементов // Изв.вузов Электромеханика.- 1993.- №4.- С. 69-77.

284. Щучинский С.Х. Электромагнитные приводы исполнительных механизмов. М.: Энер-гоатомиздат, 1984. - 152 с.

285. Электромеханические аппараты автоматики: Учеб. для, вузов по спец. "Электрические аппараты" / Б.К.Буль, О.Б.Буль, В.А.Азанов, В.Н.Шоффа. М.: Высш. шк., 1988. 303 с.

286. Электромагниты грузоподъемные постоянного тока серий М и ПМ / Информэлектро 10.40.01.-85.-М.: Информэлектро, 1985.

287. Электрические коммутирующие контакты и материалы для них /Информэлектро. Обзорная информация. ТС-23. Электротехнические материалы. М., 1976.- 67 с.

288. Электрооборудование металлорежущих станков //Под ред. проф. М.Г.Чиликина, вып.1. -М.: Госэнергоиздат, 1958.

289. AEI Cagng, 1965, №6, р.311 -315.

290. O.Birli, T.Strohla. Entwicklung magnetischev Antriebssysteme mit Hilfe der Netzwerkmethode und dem Piogrammsystem SESAM. 50 Internatioales Wissenssenaftliches Kolloquium. 1923. 09. 2005.

291. Cosmos/Design STAR (v. 3.0). http:// www.csoft. ru./ sales @ csofit.ru.

292. Jiles D.C., Atherton D.L. Theory of ferromagnetic hysteresis. // Journal of magnetism and magnetic materials. 1986.-v.61.-№l.-p.48-60.

293. Graubner W., Ermittlung der dynanischen Charakteristiken elektro-magneto-mechanischer System // Wiss. Zeitschrift der TH Ilmenau. 1966. №12. S. 127-133.

294. Graubner W. Uber der geometrischen Konfiguration von Elektromagneten auf ihre Statischen und dynamicshen Charakteristiken. Wiss. Der TH Ilmenau 1. (1965) Hl. 5/6.

295. Kallenbach E. Der Gleichstrommagnet.- Leipzig, 1969.-261 S.

296. Kallenbach E., Eick R., Quendt Р., Feindt K., Ströhla Т., Kallenbach M. Elektromagnete, Vieweg Teubner/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2008.

297. Pspice User's quide. MicroSim Corporation/- La Cadena Drive, Laguna Hills, 1989.- 450p.

298. Rauch M. Maschinelle Berechnung translatorischer elektromagneto mechanischer Sistem // Wiss. Zeitschrift der TH Karl- Marx-Stadt. 1974. S.326-332.