Development Trends in the Construction of Combined Magnetic-Electroinduction Electromechanical Energy Converters
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2018-2-65-71Keywords:
ferroelectromagnet, dielectric, dually conjugate electrophysics, inductive-capacitive electromechanics, nanostructured materials scienceAbstract
The modern state of the electromechanical science is reviewed. State of the art in combined inductive-capacitive electromechanics is considered, and the fields of its possible practical applications and prospects for its further development are analyzed. A new approach for mathematical description of transients in dually conjugated dynamic systems is proposed, and the differential equations for combined inductive-capacitive electromechanical energy converters are derived proceeding from the proposed approach. The generalized Lagrangian theory of combined inductive-capacitive electric machines is developed as uniting the generalized Lagrangian models of inductive and capacitive electro-mechanical energy converters developed proceeding from the fundamental principles of binary-conjugate electrophysics. The possibility of optimizing an inductive generator’s operating mode using a capacitive generator with setting up a parallel or a series resonant circuit (with the interaction matrix serving as the controlling parameter) has been determined. The combined device is essentially a resonant machine, which has the best power performance indicators. The electrodynamic and electromechanical equations of combined inductive-capacitive electrical machines are given for the case when the structure of their excitation system contains ferroelectromagnets serving as dual-purpose active electrotechnical materials. The necessary Lagrangian for combined inductive-capacitive energy converters has been constructed by introducing a new matrix describing the interaction (mutual influence) between the inductive and capacitive subsystems. Simultaneous solution of these equations fully determines the dynamic behavior and power performance characteristics of the generalized model of combined machines of different designs and in any modes of interaction between their functional elements. It is shown that combined inductive-capacitive electromechanical converters have great prospects for use in microsystem electromechanics (for example, in microdrives at the level of nanotechnologies).
References
2. Копылов И.П., Гандилян С.В. Некоторые вопросы общественного физико-математического моделирования электромеханических преобразователей энергии // Электротехника. 1998. № 9. С. 25—40.
3. Лапцевич И.П., Гречихин Л.Н., Куць Н.Г. Энергетическая база беспилотных летающих аппаратов // Изв. высш. учеб. заведений СНГ. Серия «Энергетика». 2012. № 6. С. 64—77.
4. Носов Г.В., Пустынников С.В. Индуктивно-емкостный генератор мощных импульсов тока для питания электрофизических установок в частотном режиме // Известия Томского политехн. ун-та. 2012. Т. 320. № 4. С. 111—115.
5. Челухин В.А. Уравнения элетромеханических связей в индуктивно-емкостных электроприводах с учетом влияния магнитоэлектрического эффекта в сегнетомагнетике // Известия Томского политехн. ун-та. 2014. Т. 325. № 4. С. 76—80.
6. Фраерман А.А. Магнитные состояния и транспортные свойства ферромагнитных наноструктур // УФН. 2012. Т. 182. № 12. С. 1345—1351.
7. Ter-Oganessin N.V. Dielectricand Magnetic Properties of Magnetoelectric Delafossitees // Ferroelectrics. 2012. V. 438. No. 1. Pp. 101—106.
8. Gallacher B.J., Burdess J.S., Harris A.J., Mc- Nie M.E. The Desing and Fabrication of a Multi Axis Vibrating Ring Gyroscope // Proc. Progress in Phys. 2001. V. 64. Pp. 10—20.
9. Muralt P. Micromachined Infrared Detectors Based on Pyroelectric Thin Films // Ibid. P. 1339—1388.
10. Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю.А. Чаплыгина. М.: Техносфера, 2005.
11. Турков В.Е., Жукова С.А., Рискин Д.Д. Реактивные микродвигатели, изготавливаемые по технологии МСТ // Нано- и микросистемная техника. 2014. № 12. С. 7—21.
12. Альтман Ю. Военные нанотехнологии: возможности применения и превентивного контроля вооружений. М.: Технологии, 2006.
13. Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф., Ибрагимов И.М. Основы нанотехнологии в технике. М.: Академия, 2009.
14. Karayan H.S. Gandilyan S.V. Several Issues of Generalized Physical and Mathematical Modeling of Micro- and Nano-Electromechanical Systems (MEMS and NEMS) // Armenian J. Phys. 2016. V. 9 (3). Pp. 244—259.
15. Караян Г.С., Гандилян С.В. Современное состояние и перспективы развития микросистемной электромеханики // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 63—70.
16. Иосифьян А.Г., Арешян Г.Л. Основы теории синхронных емкостных машин переменного тока // Докл. АН Армянской ССР. 1981. Т. 73. № 1. С. 54—61.
17. Челухин С.В. Совмещенные индуктивно-емкостные машины постоянного тока // Изв. высш. учеб. заведений. Серия «Электромеханика». 1987. № 5 С. 48—52.
18. Гандилян С.В. Совмещенные магнитно-электроиндукционные (индуктивно-емкостные) электро- механические преобразователи энергии // Электричество. 1988. № 8. С. 22—28.
19. Гандилян С.В. Совмещенные индуктивно-емкостные электромеханические преобразователи энергии // Известия АН РФ. Серия «Энергетика и транспорт». 1993. № 2. С. 50—62.
20. Сидняев Н.И., Вилисова Н.Т. Введение в теорию планирования эксперимента. М.: Изд.-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2011.
---
Для цитирования: Караян Г.С., Гандилян С.В. Тенденции развития совмещенных магнито-электроиндукционных электромеханических преобразователей энергии // Вестник МЭИ. 2018. № 2. С. 65—71. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-2-65-71.
#
1. Iosif'yan A.G. Evolyutsiya Fizicheskikh Osnov Elektrotekhniki i Elektrodinamiki. Elektrichestvo. 1987;12:19—21; 1989;9:7—14. (in Russian).
2. Kopylov I.P., Gandilyan S.V. Nekotorye Vop-rosy Obshchestvennogo Fiziko-matematicheskogo Modeliro- vaniya Elektromekhanicheskikh Preobrazovateley Energii. Elektrotekhnika. 1998;9:25—40. (in Russian).
3. Laptsevich I.P. Grechikhin L.N., Kuts' N.G. Energeticheskaya Baza Bespilotnykh Letayushchikh Apparatov. Izv. Vyssh. Ucheb. Zavedeniy SNG. Seriya «Energetika». 2012;6:64—77. (in Russian).
4. Nosov G.V., Pustynnikov S.V. Induktivno- emkostnyy Generator Moshchnykh Impul'sov Toka dlya Pitaniya Elektrofizicheskikh Ustanovok v Chastotnom Rezhime. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. 2012; 320;4:111—115. (in Russian).
5. Chelukhin V.A. Uravneniya Eletromekhanicheskikh Svyazey v Induktivno-emkostnykh Elektroprivodakh s Uchetom Vliyaniya Magnitoelektricheskogo Effekta v Segnetomagnetike. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un- ta. 2014;325;4:76—80. (in Russian).
6. Fraerman A.A. Magnitnye Sostoyaniya i Transportnye Svoystva Ferromagnitnykh Nanostruktur. UFN. 2012;182;12:1345—1351. (in Russian).
7. Ter-Oganessin N.V. Dielectricand Magnetic Properties of Magnetoelectric Delafossitees. Ferroelectrics. 2012;438;1:101—106.
8. Gallacher B.J., Burdess J.S., Harris A.J., Mc-Nie M.E. The Desing and Fabrication of a Multi Axis Vibrating Ring Gyroscope. Proc. Progress in Phys. 2001;64:10—20.
9. Muralt P. Micromachined Infrared Detectors Based on Pyroelectric Thin Films. Ibid:1339—1388.
10. Nanotekhnologii v Elektronike / pod red. Yu.A. Chap- lygina. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
11. Turkov V.E., Zhukova S.A., Riskin D.D. Reaktivnye Mikrodvigateli, Izgotavlivaemye po Tekh nologii MST. Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika. 2014; 12:7—21. (in Russian).
12. Al'tman Yu. Voennye Nanotekhnologii: Vozmozhnosti Primeneniya i Preventivnogo Kontrolya Vooruzheniy. M.: Tekhnologii, 2006. (in Russian).
13. Kovshov A.N., Nazarov Yu.F., Ibragimov I.M. Osnovy Nanotekhnologii v Tekhnike. M.: Akademiya, 2009. (in Russian).
14. Karayan H.S. Gandilyan S.V. Several Issues of Generalized Physical and Mathematical Modeling of Micro- and Nano-Electromechanical Systems (MEMS and NEMS). Armenian J. Phys. 2016;9 (3):244—259.
15. Karayan G.S., Gandilyan S.V. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Mikrosistemnoy Elektromekhaniki. Vestnik MPEI. 2017;5:63—70. (in Russian).
16. Iosif'yan A.G., Areshyan G.L. Osnovy Teorii Sinkhronnykh Emkostnykh Mashin Peremennogo Toka. Dokl. AN Armyanskoy SSR. 1981;73;1:54—61. (in Russian).
17. Chelukhin S.V. Sovmeshchennye Induktivno-emkostnye Mashiny Postoyannogo Toka. Izv. Vyssh. Ucheb. zavedeniy. Seriya «Elektromekhanika». 1987; 5:48—52. (in Russian).
18. Gandilyan S.V. Sovmeshchennye Magnitno- elektroinduktsionnye (Induktivno-emkostnye) Elektromekhanicheskie Preobrazovateli Energii. Elektrichestvo. 1988;8:22—28. (in Russian).
19. Gandilyan S.V. Sovmeshchennye Induktivno-emkostnye Elektromekhanicheskie Preobrazovateli Energii. Izvestiya AN RF. Seriya «Energetika i Transport». 1993;2:50—62. (in Russian).
20. Sidnyaev N.I., Vilisova N.T. Vvedenie v Teoriyu Planirovaniya Eksperimenta. M.: Izd.-vo MGTU im N.E. Baumana, 2011. (in Russian).
---
For citation: Karayan G.S., Gandilyan S.V. Development Trends in the Construction of Combined Magnetic-Electroinduction
Electromechanical Energy Converters. MPEI Vestnik. 2018;2:65—71. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-2-65-71.
