Уравнения электромеханических связей в индуктивно-емкостных электроприводах с учетом влияния магнитоэлектрического эффекта в сегнетомагнетике

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью развития электромеханических преобразователей энергии и электроприводов с использованием новых активных материалов. Цель работы: вывод уравнений системы электропривода индуктивно-ёмкостного типа с учетом взаимного магнитоэлектрического эффекта в активном сегнетомагнетике электромеханического преобразователя для анализа его электромеханических характеристик. Методы исследования: математический анализ процесса управления на основе классической математической модели обобщенного электромеханического преобразователя энергии. Результаты. Получены уравнения статических электромеханической и механической характеристик электропривода с индуктивно-ёмкостными компонентами, сегнетомагнетиком в качестве активного материала, и определен вид их характеристик. Показано, что в таких устройствах с сегнетомагнетиком в качестве активного материала возникает магнитоэлектрический эффект, влияние которого проявляется в усилении или ослаблении магнитных полей электрическими полями, и наоборот. Поскольку его влияние может быть весьма существенным - до 30 %, оно должно быть учтено в расчётах. Предложено учитывать влияние магнито-электрического эффекта с помощью введения дополнительных ЭДС, возникающих в обмотках индуктивной части и обкладках ёмкостей ёмкостной части ротора машины. Математическая модель такого двигателя в приводе индуктивно-ёмкостного двигателя постоянного тока с конвекционной ёмкостной частью проводящего типа будет содержать классические уравнения индуктивной и емкостной части, но с дополнительными ЭДС в обеих частях, возникающих из-за наличия магнито-электрического эффекта. Для получения уравнений механических характеристик такого двигателя предложно воспользоваться известными уравнениями обобщенной машины с добавлением в них вышеуказанной составляющей. Применяя к ним также преобразования на основе дуально-инверсной электродинамики, когда ёмкости заменяются на индуктивности, а индуктивности на ёмкости, и учтя добавочные члены взаимного влияния, получим уравнения для расчета соответствующих механических характеристик индуктивно-ёмкостного двигателя постоянного тока с конвекционной ёмкостной частью проводящего типа. Показано также, что преимуществом индуктивно-ёмкостного двигателя является универсальность регулирования, которое возможно как индуктивной, так и его ёмкостной составляющей.

Relevance of the work is caused by the need to develop electromechanical energy converters and drives using new active materials. The main aim of the research is to derive the equation of the electric drive system inductive capacitive type, taking into account the mutual magnetoelectric effect in the active ferroelectromagnet of electromechanical transducer to analyze its electromechanical characteristics. Methods: control mathematical analysis based on classical mathematical model of the generalized electromechanical energy converter. Results. The author has obtained the equations of static electromechanical and mechanical characteristics of the electric drive with induction-capacitive components, ferroelectromagnet as an active material and determined the type of their characteristics. It is shown that in such devices with ferroelectromagnets as an active material magnetoelectric effect occurs. Its influence is manifested in strengthening or weakening of magnetic fields by the electric ones, and vice versa. As its impact can be substantial - up to 30 %, it must be taken into account in calculations. The author proposed to take into account the impact of magneto-electric effect by introducing additional emf arising in inductive windings and capacitive plates of the tanks in the machine rotor. The mathematical model of the motor in the drive of inductive capacitive DC motor with convection capacitive part of conductive type contains classical equations of inductive and capacitive parts, but with additional voltage in both parts arising due to magneto-electric effect. To obtain the mechanical characteristic equations of the engine it was proposed to use the known equations of the generalized machine adding the above mentioned component.