Електромагнітні процеси в системах плазмоерозійної обробки гетерогенних струмопровідних середовищ
Електронний науковий архів Науково-технічної бібліотеки Національного університету "Львівська політехніка"
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Електромагнітні процеси в системах плазмоерозійної обробки гетерогенних струмопровідних середовищ
Электромагнитные процессы в системах плазмоэрозионной обработки гетерогенных токопроводящих сред Electromagnetic processes in systems of plasma-erosive processing of heterogeneous conductive media |
|
| Creator |
Захарченко, Сергій Миколайович
|
|
| Subject |
нелінійно-параметричне коло
гетерогенне струмопровідне середовище апроксимація відхил моделювання розрядний імпульс плазмоерозійна обробка нелинейно-параметрическая цепь гетерогенная токопроводящая среда аппроксимация невязка моделирование разрядный импульс плазмоэрозионная обработка the non-linear-parametrical circuit the heterogeneous conductive media approximation discrepancy modelling a discharge pulse plasma-erosion processing |
|
| Description |
Дисертація присвячена вирішенню актуальної і важливої для теоретичної електротехніки науково-прикладної проблеми – розвитку теорії електромагнітних процесів в системах плазмоерозійної обробки гетерогенних струмопровідних середовищ, розробки їх фізичних і математичних моделей та схем заміщення, адекватних у широких діапазонах зміни параметрів розрядних імпульсів, дослідженню перехідних процесів в них та розробка на цій основі рекомендацій, спрямованих на створення ефективних технічних засобів і нових енергозберігаючих технологій. В дисертації отримала подальший розвиток фізична модель мінімального структурного елемента гетерогенного струмопровідного середовища, в якій вперше був врахований скін-ефект на основі якої розроблена еквівалентна електрична схема заміщення, яка дозволяє досліджувати процеси в широких діапазонах змін тривалості і напруги розрядних імпульсів. З урахуванням фізичної моделі гетерогенного струмопровідного середовища та схеми її заміщення, на основі експериментальних даних вперше створені нелінійна та параметрична моделі її опору, адекватні в широких діапазонах зміни напруги і тривалості розрядних імпульсів, що дозволило дослідити перехідні процеси в колах з такими елементами. На основі розробленої нелінійної моделі опору гетерогенного струмопровідного середовища та еквівалентної схеми його заміщення в програмному середовищі Matlab Simulink створено модель вихідного кола генератора імпульсів з таким навантаженням, яка дозволила вперше розрахувати перехідні процеси в ньому при варіації основних параметрів кола і напруги імпульсів в широких діапазонах, що дало можливість визначити області з оптимальним поєднанням значень основних параметрів імпульсів для одержання плазмоерозійних частинок металів заданих розмірів. На підставі результатів моделювання та експериментів, розроблені рекомендації щодо керування дисперсністю плазмоерозійних частинок за допомогою регулювання параметрів розрядних імпульсів і умов процесу їх отримання. Розроблено і обґрунтовано новий електрофізичний підхід обмеження еволюції плазмових каналів передіскровою стадією – примусова механічна активація шару металевих гранул в процесі їх плазмоерозійної обробки. Результати дисертаційної роботи у вигляді експериментальних технологічних процесів та устаткування, а також рекомендацій, методів і методик впроваджені в Національному університеті біоресурсів і природокористування України, м. Київ, у ЗАТ НВЦ «Борщагівський хіміко-фармацевтичний завод», м. Київ і в Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, м. Київ. Диссертация посвящена решению актуальной и важной для теоретической электротехники научно-прикладной проблемы - развитию теории электромагнитных процессов в системах плазмоэрозионной обработки гетерогенных токопроводящих сред, разработки их физических и математических моделей и схем замещения, адекватных в широких диапазонах изменения параметров разрядных импульсов, исследованию переходных процессов в них и выработка на этой основе рекомендаций, направленных на создание эффективных технических средств и новых энергосберегающих технологий. В работе получила дальнейшее развитие физическая модель минимального структурного элемента гетерогенных токопроводящих сред, в которой впервые был учтен скин-эффект при определении электрических параметров ее элементов. Впервые для широких диапазонов изменения длительности и напряжения разрядных импульсов, а также магнитных и электрических параметров металлических гранул, получены аналитические выражения зависимостей активных и реактивных параметров элементов модели от геометрических размеров их характерных участков. На основе физической модели минимального структурного элемента слоя металлических гранул в рабочей жидкости и соотношения электрических параметров ее составных, разработана его эквивалентная электрическая схема замещения, которая позволяет исследовать процессы в широких диапазонах изменения длительности и напряжения разрядных импульсов. Показано, что эта схема может быть обобщена для всего слоя гранул. Впервые определены диапазоны изменений параметров разрядных импульсов, в которых можно пренебречь реактивными элементами схемы замещения слоя ферромагнитных и неферромагнитных гранул. В работе с учетом физической модели гетерогенной токопроводящей среды и схемы ее замещения, на основе экспериментальных данных впервые создана нелинейная модель ее сопротивления, адекватная в широких диапазонах изменения напряжения и длительности разрядных импульсов, что позволило исследовать переходные процессы в цепях с такими элементами. Впервые создана параметрическая модель сопротивления гетерогенной токопроводящей среды, адекватная в широком диапазоне изменений напряжения разрядных импульсов, описывающая фазы возникновения, развития и угасания плазменных каналов, которые обусловлены динамикой генерации и рекомбинации свободных носителей заряда у них. Впервые предложен метод определения наиболее вероятных значений амплитуд напряжения разрядных импульсов в гетерогенной токопроводящей среде для получения как мелко-, так и крупнодисперсных фракций плазмоэрозионных частиц на основе анализа функционала от амплитуды напряжения импульсов коэффициентов параметрической зависимости сопротивления таких сред. Впервые проведен статистический анализ среднего за время длительности импульса сопротивления гетерогенных токопроводящих сред. Показано, что распределение данного сопротивления при фиксированном опорном напряжении генератора подчиняется нормальному закону, а значение математического ожидания и дисперсии среднего за время импульса тока сопротивления гетерогенной токопроводящей среды уменьшаются обратно пропорционально напряжению генератора в исследованном диапазоне. На основе разработанной нелинейной модели сопротивления гетерогенных токопроводящих сред и эквивалентной схемы его замещения, в программной среде Matlab Simulink создана модель выходной цепи генератора импульсов с такой нагрузкой, которая впервые позволила рассчитать переходные процессы в нем при вариации основных параметров цепи и напряжения импульсов в широких диапазонах, что дало возможность определить области с оптимальным сочетанием значений основных параметров импульсов для получения плазмоэрозионных частиц металлов заданных размеров. Впервые исследованы зависимости от времени и от напряжения разрядных импульсов значений зарядов, которые прошли через плазменный канал, и через рабочую жидкость. Анализ их соотношений дал возможность определить интервалы времени и диапазоны амплитуд напряжения импульсов, где удельное электрохимическое действие тока минимально. На основании результатов моделирования и экспериментов, разработаны рекомендации по управлению дисперсностью плазмоэрозионных частиц регулированием параметров разрядных импульсов и условий процесса их получения. Разработан и обоснован новый электрофизический подход ограничения эволюции плазменных каналов предискровой стадией – принудительная механическая активация слоя металлических гранул в процессе их плазмоэрозионной обработки. Его применение позволило расширить область устойчивой работы плазмоэрозионных систем при низких напряжениях импульсов, осуществить высокочастотную модуляцию разрядного тока, повысить среднее расстояние между соседними гранулами и эквивалентное электрическое сопротивление их слоя. Это позволило на порядки снизить размеры плазмоэрозионных частиц. Разработаны и созданы экспериментальное технологическое оборудование и технологические процессы получения дисперсных порошков многокомпонентных сплавов в криогенных жидкостях, биологически активных гидрозолей металлов и плазмоэрозионной коагуляции для комплексной очистки и обеззараживания природных и сточных вод. Обоснованность и достоверность теоретических положений, результатов, выводов и рекомендаций обеспечиваются корректностью постановок задач и использования основных положений теоретической электротехники и математики, методов физического и математического моделирования, а также принятых допущений. Достоверность достигнутых в работе результатов подтверждена сравнением и согласованностью результатов расчетов с результатами мно-гочисленных экспериментальных исследований. Результаты диссертационной работы в виде экспериментальных техно-логических процессов и оборудования, а также рекомендаций, методов и методик внедрены в Национальном университете биоресурсов и природопользования Украины, г. Киев, в ЗАО НПЦ «Борщаговский химико-фармацевтический завод», г. Киев и в Институте металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, г. Киев. The dissertation is devoted to the solution of actual and important for theoretical electrical engineering a scientifically-applied problem - to development of the theory of electromagnetic processes in systems of plasma-erosive processings of heterogeneous conductive media, development of their physical and mathematical models and equivalent circuits, adequate in wide ranges of change of discharge pulses parametres, to research of transients in them and development of the recommendations on this basis directed on creation of effective hardware components and new power saving up production engineering. In this work the physical model of the minimum structural element of heterogeneous conductive media is developed, in which the skin-effect for the first time has been considered, on the basis of which the equivalent electric equivalent circuit as developed, which allows to investigate processes in wide ranges of change of duration and voltage of discharge pulses. Taking into account physical model of the heterogeneous conductive media and its equivalent circuit, on the basis of experimental data the nonlinear and parametrical models of its resistance adequate in wide ranges of change of voltage and duration of discharge pulses were created for the first time, that allowed to investigate transients in chains with such elements. On the basis of the developed nonlinear model of resistance of heterogeneous conductive media and equivalent circuit, the model of output circuit of the generator of pulses with such load which allowed for the first time to calculate transients in it at a variation of key parameters of a circuit and voltage of pulses in wide ranges that has given the chance to define areas with an optimum combination of values of key parameters of pulses for obtaining of plasma-erosion particles of metals of the set sizes was created in Matlab Simulink program. On the basis of results of modelling and experiments, the recommendations about control of dispersion of plasma-erosion particles by regulating parameters of discharge pulses and conditions of process their obtaining is developed. The new electrophysical approach of restriction of evolution of plasma channels by a prespark stage is developed and proved – compulsory mechanical activation of a layer of metal granules in the process of their plasma-erosion processing. Results of this dissertation in the form of experimental technological processes and the equipment, and also recommendations and methods were implemented in National university of bio resources and natural resource management of Ukraine, Kiev, in Joint-Stock Company «Borshchagovsky chemist-pharmaceutical plant», Kiev, and in G.V. Kurdyumov Institute of metallophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev. |
|
| Date |
2015-06-04T12:45:42Z
2015-06-04T12:45:42Z 2015 |
|
| Type |
Autoreferat
|
|
| Identifier |
Захарченко С. М. Електромагнітні процеси в системах плазмоерозійної обробки гетерогенних струмопровідних середовищ : автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук : 05.09.05 – теоретична електротехніка / Сергій Миколайович Захарченко ; Міністерство освіти і науки України, Національний університет "Львівська політехніка". – Львів, 2015. – 43 с. – Бібліографія: с. 35–37 (25 назв).
http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/27717 |
|
| Language |
ua
|
|
| Publisher |
Національний університет "Львівська політехніка"
|
|