УСУНЕННЯ ПОХИБКИ КОНТУРУ РЕГУЛЮВАННЯ СТРУМУ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНОГО ОДНОФАЗНОГО МЕРЕЖЕВОГО ІНВЕРТОРА

Purpose. Elimination of the error of the inverter current control loop by improving its structure and justifying the parameters, which will ensure compliance with the current quality standard at the common coupling to the distribution grid of the load and the multi-functional grid inverter at the output of the renewable source of electrical energy. Methodology. Synthesis of structure of current control loop based on analysis of processes in electrical circuits and computer simulation. Results. Relationships for determining the input voltage of the inverter, reactor inductance and modulation frequency in accordance with the grid voltage, the maximum values of the inverter current and the amplitude of its ripple when combining the function of the active power filter. Dependencies of the amplitude of the pulsations of the output current of the inverter and the errors in the fundamental harmonic in accordance with the voltage at the input of the inverter, the modulation frequency and inductance of the output reactor are obtained. Originality. The structure of the inverter current control loop has been improved with a combination of proportional, integrating and differentiating links, and their parameters have been determined to ensure compensation of the disturbing action on input of the reference and compensation of the error of current from the disturbing action of the grid voltage regardless of its value. Practical value. The obtained solutions are the basis for the design of converters of electric power systems with renewable sources of electricity with improved energy efficiency. Мета. Усунення похибки контуру регулювання струму інвертора шляхом удосконалення його структури та обґрунтування параметрів, що сприятиме відповідності стандарту якості струму в точці підключення до розподільчої мережі навантаження і багатофункціонального мережевого інвертора на виході поновлювального джерела електроенергії. Методика. Синтез структури контуру регулювання струму на базі аналізу процесів у електричних колах з використанням комп’ютерного моделювання. Результати. Одержані залежності амплітуди пульсацій вихідного струму інвертора і похибки за основною гармонікою від напруги на вході інвертора, частоти ШІМ і індуктивності реактора. Співвідношення для визначення значень вхідної напруги інвертора, індуктивності реактору та частоти ШІМ згідно напрузі мережі, максимальних значень струму інвертора та амплітуди його пульсацій за суміщенням функції силового активного фільтра. Наукова новизна. Удосконалено структуру контуру регулювання струму зі сполученням пропорційної, інтегруючої та диференціючої ланок і визначені їх параметри для забезпечення компенсації збурюючої дії за завданням і компенсації похибки струму від збурюючої дії напруги мережі незалежно від її значення. Практичне значення. Отримані рішення є основою для проектування перетворювачів для систем з поновлювальними джерелами електроенергії з покращеною енергоефективністю

DETERMINATION OF THE RATIONAL GEOMETRICAL PARAMETERS OF PLATE TYPE ELEMENTS OF MAGNETIC MATRIX OF THE POLYGRADIENT SEPARATOR

Introduction. Polygradient magnetic separation has wide application in industry and in biomedicine. Working process in polygradient separators takes place in a matrix, magnetic elements of which create magnetic forces sufficient to remove small ferro- and paramagnetic inclusions. Problem. The influence of mutual arrangement of elements on character of distribution of magnetic field is not taken into account during calculation of characteristics of magnetic field in magnetic matrixes. It makes comparative analysis of matrixes of different configurations quite difficult. Fulfillment of comparative analysis of strength characteristics of magnetic fields of multicomponent matrixes of polygradient separators of various configurations requires further researches. Goal. To determine the dependence of the strength characteristics of the polygradient electromagnetic separator on the geometrical parameters of the plate type elements of the multicomponent matrix. Methodology. The finite element method for calculation of power characteristics of separator magnetic field, method of comparative analysis and simple search method for determination of rational geometric parameters of the matrix have been used during the solution of the paper problem. Results. Estimation of entire spectrum of force field in plane of working zones of investigated structures in two-dimensional location for determination of rational variants of polygradient matrixes has been done. The main stages of computational experiment are given. Method of comparative analysis of power characteristics of investigated variants of matrix structures with corresponding characteristics of basic version of separator for determination of rational geometrical variants of polygradient matrixes has been applied. By results of calculations the rational geometric parameters of polygradient matrix has been chosen. The characteristics of power magnetic fields in working gaps of matrixes of polygradient separator have been studied. It made possible to determine the rational structural variants of matrix on basis of parameter of effective area of working zone. Practical value. The results of research can be used in practice of design of electromagnetic separators with polygradient matrixes

РАСЧЕТ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОДЪЕМНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА МЕТОДОМ КОНФОРМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ

A conformal mapping method has been used to obtain a design formula for magnetic field strength in the operating area of a round lifting electromagnet. The expression introduced allows explicitly computing the field at any point of the initial area according to the coordinates of the point.С использованием метода конформных преобразований получено расчетное выражение для определения напряженности магнитного поля в рабочей зоне круглого грузоподъемного электромагнита. Предложенное выражение позволяет осуществлять расчет поля в любой точке исходной области в явном виде по координатам этой точки.З використанням методу конформних перетворень отримано розрахунковий вираз для визначення напруженості магнітного поля у робочій зоні круглого підйомного електромагніта. Запропонований вираз дозволяє здійснювати розрахунок поля в будь-якій точці вихідної області в явному вигляді по координатах цієї точки

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНФИГУРАЦИИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ СЕПАРАТОРА НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ

Purpose. To carry out research the influence of magnetic system configuration (shape and size of the permanent magnets) on magnetic field spatial distribution in working area of new structure design magnetic separator with active front surface by numerical methods. Methodology. We have applied the magnetic field numerical simulation for permanent magnets system in absence of electrical current in magnetostatic approximation. We have solved the problem by using finite element method. Research of permanent magnets cross-sectional shape influence made in the two-dimensional formulation using software package Elcut. Research of magnetic field induction spatial (three-dimensional) distribution in new construction magnetic separator working area is conducted using software package COMSOL Multiphysics 3.5a. Results. Magnetic flux density maximum in the immediate vicinity of permanent magnet surface provide magnets with spherical and trapezoidal cross-sectional shape. At a distance from pole surface, where the separation process working, magnetic field density produced by trapezoidal and spherical cross section magnets, substantially lower in comparison with rectangular magnets. Rectangular and rectangular with beveled corners cross-section shape magnets create approximately same magnetic field intensity not significantly different in weight. Analysis of the spatial distribution of magnetic field induction in the working area of a new construction magnetic separator has shown that a strong magnetic field with high magnetic flux density gradient value is formed in the interpolar working volume. Originality. For the first time research of magnetic flux density distribution in working area of new construction magnetic separator is conducted. Developed device feature is complex spatial distribution of magnetic field. Practical value. Results of research can be used for selection of rational parameters of separator magnetic system. Received results also can be used for determination of separator force characteristics.В работе проведено исследование влияния конфигурации магнитной системы (формы и размеров постоянных магнитов) на пространственное распределение индукции магнитного поля в рабочей зоне магнитного сепаратора нового конструктивного исполнения. Поставленные задачи решены с использованием численного метода конечных элементов. Показано, что кольцевые постоянные магниты с прямоугольной формой поперечного сечения обеспечивают наиболее высокие показатели магнитной индукции в рабочих воздушных зазорах на требуемых расстояниях от поверхности магнитов. В результате анализа пространственного распределения индукции магнитного поля установлено, что в межполюсном рабочем объеме сепаратора образуется достаточно интенсивное магнитное поле с высоким значением градиента индукции. Отмечена целесообразность использования результатов исследования для выбора рациональных конструктивных параметров магнитной системы и определения силовых характеристик сепаратора

ВИЗНАЧЕННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПЛАСТИНЧАСТИХ ЕЛЕМЕНТІВ МАГНІТНОЇ МАТРИЦІ ПОЛІГРАДІЄНТНОГО СЕПАРАТОРА

Introduction. Polygradient magnetic separation has wide application in industry and in biomedicine. Working process in polygradient separators takes place in a matrix, magnetic elements of which create magnetic forces sufficient to remove small ferro- and paramagnetic inclusions. Problem. The influence of mutual arrangement of elements on character of distribution of magnetic field is not taken into account during calculation of characteristics of magnetic field in magnetic matrixes. It makes comparative analysis of matrixes of different configurations quite difficult. Fulfillment of comparative analysis of strength characteristics of magnetic fields of multicomponent matrixes of polygradient separators of various configurations requires further researches. Goal. To determine the dependence of the strength characteristics of the polygradient electromagnetic separator on the geometrical parameters of the plate type elements of the multicomponent matrix. Methodology. The finite element method for calculation of power characteristics of separator magnetic field, method of comparative analysis and simple search method for determination of rational geometric parameters of the matrix have been used during the solution of the paper problem. Results. Estimation of entire spectrum of force field in plane of working zones of investigated structures in two-dimensional location for determination of rational variants of polygradient matrixes has been done. The main stages of computational experiment are given. Method of comparative analysis of power characteristics of investigated variants of matrix structures with corresponding characteristics of basic version of separator for determination of rational geometrical variants of polygradient matrixes has been applied. By results of calculations the rational geometric parameters of polygradient matrix has been chosen. The characteristics of power magnetic fields in working gaps of matrixes of polygradient separator have been studied. It made possible to determine the rational structural variants of matrix on basis of parameter of effective area of working zone. Practical value. The results of research can be used in practice of design of electromagnetic separators with polygradient matrixes.Здійснено оцінку спектру силового поля в площині робочих зон досліджуваних структур поліградієнтних матриць електромагнітного сепаратора у двовимірній постановці. Наведені основні етапи обчислювального експерименту. Для розв’язання завдання по визначенню раціональних варіантів поліградієнтних матриць був задіяний метод порівняльного аналізу силових характеристик досліджуваних варіантів структур матриці з відповідними характеристиками базового варіанту сепаратора. Здійснений вибір раціональних геометричних параметрів пластинчастих елементів магнітної матриці сепаратора за критерієм ефективної площі робочої зони матриці. Проведений порівняльний аналіз отриманих даних з результатами інших дослідників

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНФИГУРАЦИИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ СЕПАРАТОРА НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ

Purpose. To carry out research the influence of magnetic system configuration (shape and size of the permanent magnets) on magnetic field spatial distribution in working area of new structure design magnetic separator with active front surface by numerical methods. Methodology. We have applied the magnetic field numerical simulation for permanent magnets system in absence of electrical current in magnetostatic approximation. We have solved the problem by using finite element method. Research of permanent magnets cross-sectional shape influence made in the two-dimensional formulation using software package Elcut. Research of magnetic field induction spatial (three-dimensional) distribution in new construction magnetic separator working area is conducted using software package COMSOL Multiphysics 3.5a. Results. Magnetic flux density maximum in the immediate vicinity of permanent magnet surface provide magnets with spherical and trapezoidal cross-sectional shape. At a distance from pole surface, where the separation process working, magnetic field density produced by trapezoidal and spherical cross section magnets, substantially lower in comparison with rectangular magnets. Rectangular and rectangular with beveled corners cross-section shape magnets create approximately same magnetic field intensity not significantly different in weight. Analysis of the spatial distribution of magnetic field induction in the working area of a new construction magnetic separator has shown that a strong magnetic field with high magnetic flux density gradient value is formed in the interpolar working volume. Originality. For the first time research of magnetic flux density distribution in working area of new construction magnetic separator is conducted. Developed device feature is complex spatial distribution of magnetic field. Practical value. Results of research can be used for selection of rational parameters of separator magnetic system. Received results also can be used for determination of separator force characteristics.В работе проведено исследование влияния конфигурации магнитной системы (формы и размеров постоянных магнитов) на пространственное распределение индукции магнитного поля в рабочей зоне магнитного сепаратора нового конструктивного исполнения. Поставленные задачи решены с использованием численного метода конечных элементов. Показано, что кольцевые постоянные магниты с прямоугольной формой поперечного сечения обеспечивают наиболее высокие показатели магнитной индукции в рабочих воздушных зазорах на требуемых расстояниях от поверхности магнитов. В результате анализа пространственного распределения индукции магнитного поля установлено, что в межполюсном рабочем объеме сепаратора образуется достаточно интенсивное магнитное поле с высоким значением градиента индукции. Отмечена целесообразность использования результатов исследования для выбора рациональных конструктивных параметров магнитной системы и определения силовых характеристик сепаратора

ВИЗНАЧЕННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПЛАСТИНЧАСТИХ ЕЛЕМЕНТІВ МАГНІТНОЇ МАТРИЦІ ПОЛІГРАДІЄНТНОГО СЕПАРАТОРА

Introduction. Polygradient magnetic separation has wide application in industry and in biomedicine. Working process in polygradient separators takes place in a matrix, magnetic elements of which create magnetic forces sufficient to remove small ferro- and paramagnetic inclusions. Problem. The influence of mutual arrangement of elements on character of distribution of magnetic field is not taken into account during calculation of characteristics of magnetic field in magnetic matrixes. It makes comparative analysis of matrixes of different configurations quite difficult. Fulfillment of comparative analysis of strength characteristics of magnetic fields of multicomponent matrixes of polygradient separators of various configurations requires further researches. Goal. To determine the dependence of the strength characteristics of the polygradient electromagnetic separator on the geometrical parameters of the plate type elements of the multicomponent matrix. Methodology. The finite element method for calculation of power characteristics of separator magnetic field, method of comparative analysis and simple search method for determination of rational geometric parameters of the matrix have been used during the solution of the paper problem. Results. Estimation of entire spectrum of force field in plane of working zones of investigated structures in two-dimensional location for determination of rational variants of polygradient matrixes has been done. The main stages of computational experiment are given. Method of comparative analysis of power characteristics of investigated variants of matrix structures with corresponding characteristics of basic version of separator for determination of rational geometrical variants of polygradient matrixes has been applied. By results of calculations the rational geometric parameters of polygradient matrix has been chosen. The characteristics of power magnetic fields in working gaps of matrixes of polygradient separator have been studied. It made possible to determine the rational structural variants of matrix on basis of parameter of effective area of working zone. Practical value. The results of research can be used in practice of design of electromagnetic separators with polygradient matrixes.Здійснено оцінку спектру силового поля в площині робочих зон досліджуваних структур поліградієнтних матриць електромагнітного сепаратора у двовимірній постановці. Наведені основні етапи обчислювального експерименту. Для розв’язання завдання по визначенню раціональних варіантів поліградієнтних матриць був задіяний метод порівняльного аналізу силових характеристик досліджуваних варіантів структур матриці з відповідними характеристиками базового варіанту сепаратора. Здійснений вибір раціональних геометричних параметрів пластинчастих елементів магнітної матриці сепаратора за критерієм ефективної площі робочої зони матриці. Проведений порівняльний аналіз отриманих даних з результатами інших дослідників

Analysis of the initial stage of fatigue wear in heterostructure materials under contact cyclic loading

Introduction. The process of formation of fatigue defects in metal alloys with different structural morphology is considered. The work objective is to develop a computational tool for determining the moment of the defect nucleation under cyclic loading.Materials and Methods. A physical model is built, calculation expressions are presented. The physical model is based on the theory of dislocations. It is shown that a structure factor is particularly important in the process of fracture nucleus origination under dynamic cyclic loading. Depending on the structure and properties of the material, as well as on the nature of the loads, the critical fatigue defect develops in the form of cracks, pores or micro-crater wear.Research Results. A numerical experiment was performed to determine the moment of nucleation of the critical-size defect in iron-base alloys under the drop hypervelocity impacts. Comparative data of calculations and bench tests for droplet impingement erosion of steels and alloys with the structure of ferrite, austenite, sorbitol and martensite are presented. The efficiency of the nucleation stage during the incubation period of erosive wear of the materials studied was evaluated.Discussion and Conclusions. There are no strict instrumental methods for determining the duration of the nucleation stage; therefore, it is recommended to use the proposed analytical model. In addition, the work performed gave a significant application result, i.e. it showed that the focused design of the material structure can significantly increase the wear resistance