Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі досліджень, дана загальна характеристика роботи, зазначено основні наукові і практичні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі розглядається сучасний стан питань розвитку теорії і практики СІП з просторовими магнітопроводами. Здійснено аналіз робіт по використанню та дослідженню, виконано огляд принципових схем АЧ і варіантів технологій виробництва магнітопроводів, а також розглянуто особливості електромагнітних і теплових процесів ПЕМС та можливості їх врахування при проектуванні. Наведено результати випробувань та досліджень експериментального зразка ТТ потужністю 6,3 кВА з витим СПМ.

На даний час основу структур АЧ СІП складають планарні магнітні системи, які є переважними при створенні потужних ТТ і реакторів у зв'язку з прямокутним габаритним об'ємом залізничного перевезення. Однак подібні системи за питомою матеріалоємністю не задовольняють сучасним вимогам. Крім того, прямокутна конфігурація ТТ та інших СІП з планарними магнітопроводами не задовольняє умовам блочного агрегатування систем електрообладнання, що містять обертові перетворювачі. На прикладі системи генератор-трансформатор (рис. 1) показані переваги використання ТТ з ПЕМС при їх вбудовуванні у циліндричні блоки. Подібні ТТ дозволяють вирішувати задачі розробки блочного електрообладнання при жорстких обмеженнях на масогабаритні показники вузлів і систем транспортних пристроїв.

Різновиди ПЕМС представляються п'ятьма принциповими схемами АЧ і магнітопроводами розімкненого типу з окремих контурів та замкненого типу зі стрижнями з'єднаними “зіркою”, або “трикутником”. ПЕМС з замкненими СПМ відрізняються найкращими масогабаритними показниками, а найбільш технологічними є магнітопроводи, які виконуються способом навивки зі стрічки (рулону) ЕТС. Загальним недоліком структур розімкнених та замкнених ПЕМС зі згаданими вище традиційними формами перерізу стрижнів є низьке використання геометричного або активного об'єму. Вказане використання пропонується визначати коефіцієнтом контурного об'єму:

k_ко = П_ас / П_ко; k_ко = П_ас / П_гр, (1)

де П_ас - площа активних перерізів (обмежена контурами периферійних поверхонь магнітопроводу і обмоток); П_ко, або П_гр - площа, обмежена контурним колом діаметром Д_к або контуром габаритних розмірів b_a і l_a (рис. 2, а).

Коефіцієнти (1) і компактність ПЕМС можуть бути підвищені на основі нетрадиційних конфігурацій стрижнів, ярем і котушок обмоток, в магнітопроводах, що забезпечують паралельність поверхонь обмоткових вікон (рис. 2, а). Подібна конфігурація досягається при використанні технології навивки та обробки стрічки, або стрічкових заготовок (розрізання, опресування, штампування). Однак стрічкова технологія обмежує діапазон її застосування СІП малої потужності і початкових габаритів середньої потужності.

Елементи магнітопроводів і обмоток симетричних ПЕМС розподілені у межах концентричних кіл відносно центральної вісі АЧ на різних радіусах R_і (рис. 2, а). Дана геометрична властивість обумовлює різні довжини замикання силових ліній магнітного поля в елементах магнітопроводу на радіусах R_і і різні умови охолодження внутрішніх (зона Д_в) та зовнішніх (зона Д_к) ділянок котушок обмоток. У сукупності з нерівномірністю насичення ЕТС і розподілу втрат вздовж радіальної координати R_і, особливості геометрії ПЕМС викликають нерівномірність розподілу магнітного і теплового полів. Вказана специфіка максимально проявляється в замкнених ПЕМС, а також підсилюється при наявності витих ярем.

Особливою нерівномірністю розподілу магнітного поля відрізняються виті ярма СПМ з коловими твірними перерізу стрижнів, які створюють практично нульове значення магнітного потоку крайніх витків. З зазначеного слід, що фактичну висоту ярма і втрати у сталі СПМ необхідно визначати з урахуванням максимального і середнього значень індукції (B_яm і B_яс) та умов насичення середньої зони ярма. Ця обставина обумовлює недовикористання активного об'єму та підвищення маси вказаного СПМ. Збільшення маси ярма та втрат у сталі пропонується враховувати коефіцієнтами:

k_mя = = 1,25...1,35; k_рс =Р_ci / Р_с; k_ря =/ Р_я; k_ру =/ Р_у, (2)

де Р_сі, Р_яі і Р_уі - втрати у елементарних ділянках (відрізки за довжиною l_я) стрижнів, прямих і кутових зон ярем на радіусах R_і; Р_с, Р_я і Р_у - значення інтегральних втрат, що відповідають середнім значенням індукції за довжиною l_я у елементах магнітопроводу.

ПЕМС з паралельними поверхнями обмоткових вікон характеризуються значно меншою нерівномірністю розподілу індукції в стрижнях і ярмах витих СПМ.

Розглянуті та пропонуються технічні рішення поліпшення розподілу магнітного і теплового полів в активному об'ємі ПЕМС. Одне з цих рішень пояснює лінійна розгортка (рис. 3) елементарного шару складного СПМ, у якому елементи 3 шихтовані з ідентичних прямокутних шарів ЕТС і забезпечують перерозподіл магнітного поля у радіальному напрямку та виключають насичення витих шарів 4 ЕТС у зоні зовнішнього контуру ярма.

На основі виконаного огляду літератури і аналізу зроблено висновки про необхідність підвищення технічного рівня ПЕМС та розширення верхньої межи їх потужності. При цьому з вказаного завдання також витікає необхідність систематизації та розробки спеціальних ММ основних конструктивних схем ПЕМС зі СПМ з метою їх порівняльного аналізу.

У другому розділі здійснені аналіз і систематизація конструктивних схем і елементів АЧ ПЕМС. Пропонуються технічні рішення розширення технологічних можливостей виробництва СПМ і ПЕМС.

На основі виконаного аналізу складані класифікація різновидів симетричних просторових магнітопроводів за конструктивно-технологічними ознаками та класифікація обмоток ПЕМС за різновидами геометричних твірних форм котушок. У зв'язку з тим, що вказані класифікації не досить повно відображають особливості різноманітних варіантів і комбінацій конструкторсько-технологічних рішень АЧ, для більш повної систематизації їх структурної різноманітності, розроблений варіант загальної класифікації ПЕМС і просторових магнітопроводів.

Для можливості систематизації ПЕМС у якості ознак просторової геометрії первинних джерел магнітного поля запропоновано поняття твірних поверхонь (ТП) обмоткових вікон і стрижнів. Як структурні ознаки ПЕМС пропонуються напрям магнітного потоку стрижнів, а також форма і розташування ТП. ТП підрозділяються на плоскі пересічні, циліндричні та плоскі паралельні. Форма і розташування ТП у просторі чинять вплив на техніко-економічні показники СІП. Паралельні ТП забезпечують зниження міжосьової відстані геометричних центрів перерізів стрижнів до мінімально можливої величини і максимальні значення коефіцієнтів (1), а також компактність ПЕМС.

Розширення діапазону та верхньої межі потужності СІП зі СПМ можливі на основі заміни технології навивки і розділення стрічки ЕТС на технологію намотування рулонів і шихтовки листів ЕТС. Особливості планіметрії магнітопроводів з паралельними ТП дозволяють вписати у кожний з секторів кутових зон ярма ромб abcd або два правильних трикутника abd і bcd. Відповідно стрижні можуть бути виконані у вигляді набору ідентичних пластин (листів) ЕТС прямокутної форми, або можуть бути виконані складеними з двох елементів, намотаних з рулонної ЕТС. Такі технічні рішення відповідають практично безвідхідній технології зі зниженою трудомісткістю виробництва відносно існуючих аналогів.

У відомих і запропонованих уперше конструкторсько-технологічних рішеннях магнітопроводів плоскі пересічні, циліндричні або плоскі паралельні ТП формують стрижні відповідно прямокутного перерізу, також перерізу, що вписується до кола, і більш складного перерізу секторної, або ромбічної форми. Для можливості аналізу специфіки конструкцій (кількість стиків...) і технологій обробки ЕТС та формовки конфігурацій магнітопроводів (шихтовка, навивка...) запропоновано типи магнітопроводів поділити на групи і підгрупи. Групи і підгрупи відрізняються засобом з'єднання стрижнів і певними конструктивно-геометричними і технологічними особливостями, які чинять вплив на струм неробочого руху, додаткові втрати та показники маломагнітності, трудомісткості і складності виробництва АЧ. Тому систематизація технічних рішень конструктивних схем і елементів АЧ доповнена аналізом допоміжних ознак магнітопроводів, які відображають вказані особливості та впливають на технічний рівень ПЕМС. Також сформульовані вісім допоміжних ознак досконалості магнітопроводів.

З виконаного аналізу слід, що найбільший конструктивно-технологічний і патентний розвиток отримали ПЕМС аксіального типу з замкненими СПМ та трьома ознаками ТП. Розроблені класифікаційні характеристики груп і підгруп аксіальних СПМ з кожною з ознак ТП, з яких слід, що максимальними конструктивно-технологічними можливостями (кількістю варіантів виконання) відрізняються магнітопроводи з паралельними ТП.

Допоміжними ознаками та особливостями магнітопроводів, що впливають на технічний рівень ПЕМС є: ступінь просторової симетрії, особливості розташування стиків (наявність та кількість площин, що перетинаються); кількість стиків на фазу; наявність співпадання та кут розходження напрямків розташування (шихтовки) шарів ЕТС у площинах стиків; кількість складових елементів магнітопроводу, що роздільно виготовляються та наявність серед них ідентичних; кількість одиниць спеціальної оснастки; необхідність використання складного спеціального технологічного обладнання.

Третій розділ присвячений визначенню ПТР, структури і компонент ЦФ порівняльного аналізу ПЕМС СІП. Розглянуті ЦФ і УЗ, що використовуються при параметричній оптимізації планарних ТТ. Розроблена загальна методика порівняльного аналізу конструктивних схем та отримані загальні рівняння побудови ММ варіантів ПЕМС.

Можливість співставлення ПЕМС може бути забезпечена на основі рішення задачі визначення головних кількісних і додаткових якісних показників, які відображають технічні характеристики на основі конструктивно-геометричних особливостей ПЕМС та наведених вище ознак ПТР магнітопроводів. На основі концепції геометричної оптимізації, пропонується ЦФ надати у вигляді добутку Fцф двох складових частин Fид і kцфi

Fцф = Fид(Sн, U1, U2, Bc, f, Jo1, Jo2, kзо)kцф(о, ам, с). (3)

Перша частина відображає початкові дані і електромагнітні навантаження (ЕМН), а саме потужність Sн, первинну U1 і вторинну U2 напруги, середню індукцію Bc стрижня, щільність струму Jo1 і Jo2 первинної та вторинної обмоток, коефіцієнт kзо заповнення обмоткового вікна провідниковим матеріалом. Друга частина Fцф дозволяє виконати порівняльний аналіз ПЕМС на основі УЗ (о, ам, с) геометричної оптимізації і ЦФ, які відображають кількісні ПТР ПЕМС. Відповідно до методу експертної оцінки головні показники складають комплексний показник Qк, який містить відносні коефіцієнти qкі технічного рівня та коефіцієнти mкі вагомості і-х показників:

Qк =; = 1. (4)