energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2019-62-2-168-176energy-1500Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGЭкспериментальная проверка адекватности математической модели возвратно-поступательного электрического генератора с электромагнитным возбуждениемExperimental Verification of the Adequacy of Mathematical Model of the Reciprocating Electric Electromagnetically Excited GeneratorМенжинскийА. Б.MenzhinskiA. B.

Адрес для переписки: Менжинский Андрей Борисович – Военная академия Республики Беларусь, пр-т Независимости, 220, 220057, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 287-46-52    varb@mod.mil.by

Address for correspondence: Menzhinski Andrey В. – Military Academy of the Republic of Belarus, 220 Nezavisimosty Ave., 220057, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 287-46-52    varb@mod.mil.by

varb@mod.mil.byМалашинА. Н.MalashinA. N.СуходоловЮ. В.SukhodolovYu. V.Военная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary Academy of the Republic of BelarusBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201904042019622168176Copyright © Менжинский А.Б., Малашин А.Н., Суходолов Ю.В., 20192019Менжинский А.Б., Малашин А.Н., Суходолов Ю.В.Menzhinski A.B., Malashin A.N., Sukhodolov Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1500

В статье представлено математическое моделирование генератора возвратнопоступательного типа с электромагнитным возбуждением, в результате которого получены эквивалентная электрическая схема, схема магнитной цепи генератора и выражения, описывающие электромагнитные процессы в генераторе возвратно-поступательного типа с электромагнитным возбуждением. Разработана нелинейная математическая модель генератора возвратно-поступательного типа с электромагнитным возбуждением. Для экспериментальной проверки адекватности математической модели возвратно-поступательного электрического генератора, а также правомерности принятых допущений был изготовлен макетный образец возвратно-поступательного электрического генератора, состоящий из неподвижной части в виде двух П-образных магнитопроводов и подвижной части, представляющей собой Н-образный магнитопровод. На обоих П-образных магнитопроводах устанавливается сосредоточенная рабочая обмотка. На Н-образный магнитопровод намотана обмотка возбуждения и подключена к источнику постоянного тока. В макетном образце возвратно-поступательного электрического генератора для имитации свободнопоршневого двигателя применяется приводной электродвигатель мощностью 100 Вт с амплитудой возвратно-поступательных колебаний подвижной части, равной 16 мм, и частотой колебаний, регулируемой в диапазоне от 5 до 50 Гц. Экспериментально получены основные характеристики генератора (характеристика холостого хода и внешняя характеристика). Сравнение экспериментальных и расчетных результатов показывает их расхождение не более чем на 4 %, следовательно, нелинейная математическая модель отражает характеристики генератора продольного типа с высокой степенью адекватности.

The article presents a mathematical simulation of the electromagnetically excited generator of reciprocating type, which resulted in an equivalent circuit diagram, a magnetic circuit design of the generator and some expressions describing the electromagnetic processes in the electromagnetically excited generator of reciprocating type. The nonlinear mathematical model of the electromagnetically excited generator of reciprocating type has been developed. In order of the experimental verification of the adequacy of the mathematical model of the reciprocating electric generator, as well as of the validity of the assumptions made, a breadboard sample of the reciprocating electric generator has been made consisting of a fixed part in the form of two U-shaped magnetic cores and a moving part representing an H-shaped magnetic cores. There is focused operating winding on both the U-shaped magnetic cores. The N-shaped magnetic core is coiled with excitation winding which is connected to a DC power source. In a breadboard sample of the reciprocating electric generator a drive motor of 100 W with an amplitude of reciprocating oscillations of the moving part equal to 16 mm, and a frequency of oscillations adjustable in the range from 5 to 50 Hz is used in order to simulate a free-piston engine. The main characteristics of the generator (viz., idle speed and external characteristics) have been experimentally obtained. Comparison of experimental and calculated results demonstrated their discrepancy of no more than 4 %; therefore, the nonlinear mathematical model reflects the characteristics of the generator of longitudinal type with a high degree of adequacy.

математическая модельвозвратно-поступательный электрический генераторэкспериментальная проверка адекватностихарактеристика холостого ходавнешняя характеристикаmathematical modelreciprocating electric generatorexperimental verification of adequacyidle speed characteristicexternal characteristicReferencesПинский, Ф. И. Энергоустановки со свободнопоршневыми двигатель-генераторами / Ф. И. Пинский // Мобильная техника. 2004. № 2. С. 13–17.Pinskii F. I. (2004) Power Plants with Free Piston Engine Generators. Mobil'naya Tekhnika [Mobile Technology], (2), 13–17 (in Russian).Design of a Hydraulic Free-Piston Engine / P. A. J. Achten [et. al] // SAE Off-Highway Engineering. 2001. February. P. 23–28.Achten P. A. J., Van Den Oever J. P. J., Potma J., Vael G. E. M. (2001, February) Design of a Hydraulic Free-Piston Engine. SAE Off-Highway Engineering, 23–28.Cawthorne, W. R. Optimization of a Brushless Permanent Magnet Linear Alternator for Use with a Linear Internal Combustion Engine / W. R. Cawthorne. West Virginia: Morgantown, 1999. 113 р.Cawthorne W. R. (1999) Optimization of a Brushless Permanent Magnet Linear Alternator for Use with a Linear Internal Combustion Engine. West Virginia, Morgantown. 113.Разработка математической модели энергоустановки для автономного образца вооружения на базе возвратно-поступательного электрического генератора полной мощностью до 15 кВА: отчет о НИР № 2073/16 / УО «ВА РБ»; рук. А. Н. Малашин. Минск, 2016. 76 с.Malashin A. N. (Supervisor) (2016) Development of a Mathematical Model of the Power Plant for an Autonomous Sample of Weapons on the Basis of Reciprocating Electric Generator of Full Power up to 15 kVA: Report on Research Work N 2073/16. Minsk, Military Academy of the Republic of Belarus. 76 (in Russian).Темнов, Э. С. Разработка теоретических основ расчета и конструирования малоразмерных двигатель-генераторных установок как единой динамической системы / Э. С. Темнов. Тула, 2005. 134 с.Temnov E. S. (2005) Development of Theoretical Bases of Calculation and Design of Small Engine Generator Sets as a United Dynamic System. Tula. 134 (in Russian).Костиков, В. Г. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование / В. Г. Костиков, Е. М. Парфенов, Е. М. Шахнов / 2-е изд. М.: Горячая линия – Телеком, 2001. 344 с.Kostikov V. G., Parfenov E. M., Shakhnov E. M. (2001) Power Supplies for Electronic Means. Circuit Design and Construction. 2nd ed. Moscow, Goryachaya Liniya – Telekom Publ. 344 (in Russian).Использование возвратно-поступательной схемы электрического генератора для повышения эффективности энергоустановок автономных образцов вооружения / А. Б. Менжинский [и др.] // Вестник Военной академии Республики Беларусь. 2016. Т. 53, № 4. С. 108–114.Menzhinskii A. B., Malashin A. N., Kaleda A. E., Sidyako O. V. (2016) The Use of the Reciprocating Electrical Generator to Improve the Efficiency of Power Units of Autonomous Specimens of Weapons. Vestnik Voennoi Akadiemii Respubliki Belarus' [Herald of the Military Academy of the Republic of Belarus], 53 (4), 108–114 (in Russian).Cафонов, В. А. Термомеханический двигатель с линейным генератором, работающий по циклу Стирлинга / В. А. Cафонов, И. Л. Белецкий, П. Н. Кузнецов // Авиационнокосмическая техника и технология. 2014. № 4. С. 60–62.Safonov V. A., Beletskii I. L., Kuznetsov P. N. (2014) Thermomechanical Engine with a Linear Generator Operating in Accordance with the Stirling Cycle. Aviatsionno-Kosmicheskaya Tekhnika i Tekhnologiya = Aerospace Technic and Technology, (4), 60–62 (in Russian).Хитерер, М. Я. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения / М. Я. Хитерер, И. Е. Овчинников. СПб.: КОРОНА принт, 2013. 368 с.Khiterer M. Ya., Ovchinnikov I. E. (2013) Synchronous Electrical Machines of Reciprocating Motion. Saint Petersburg, KORONA Print Publ. 368 (in Russian).Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины / А. В. Иванов-Смоленский. М.: Энергия, 1980. 928 с.Ivanov-Smolenskii A. V. (1980) Electrical Machines. Moscow, Energiya Publ. 928 (in Russian).Балагуров, В. А. Электрические машины с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев, А. Н. Ларионов. М.: Энергия, 1964. 480 с.Balagurov V. A., Galteyev F. F., Larionov A. N. (1964) Electric Machines with Permanent Magnets. Moscow, Energiya Publ. 480 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.