Моделирование электромагнитных полей взаимодействия в электроимпульсных системах

   Использование магнитно-импульсного устройства преобразования электрической энергии в полезную механическую высокоскоростную работу имеет большие перспективы в применении в промышленности. Обладая высоким быстродействием (1–5 мс) и низким потреблением (не более 500 Вт•ч), такие установки позволяют за счет электромагнитной силы взаимного отталкивания якоря и индуктора достигать высокого экономического эффекта. При этом процесс возникновения вихревых токов в якоре, который и является основополагающим процессом, изучен слабо.

   Целью данного исследования является изучение процессов возникновения магнитных полей и вихревых токов в якоре, измерение их напряженностей, что в итоге приводит к возникновению силы обратного воздействия на порождающее их электромагнитное поле индуктора.

   Благодаря методам моделирования импульсного электромагнитного взаимодействия, рассмотренным в данной статье, представляется возможным в дальнейшем регулировать на натурных образцах импульс тока определенной амплитуды, который и создает токи Фукко в якоре. Это и создает предпосылки для нарушения адгезионных связей между слоями очищаемого материала и поверхности в пределах зоны упругой деформации, что является наиболее актуальным способом применения магнитно-импульсного устройства в промышленности. Таким образом, в основе математического аппарата моделирования физических процессов в программном комплексе ELCUT 6.0 лежит метод узловых потенциалов для магнитных и электрических полей. Применение данного метода позволяет с достаточной степенью точности описывать распределение магнитного поля и плотности вихревых токов в якоре на всех этапах импульсного воздействия. Полученные результаты моделирования создают основу для дальнейшей оптимизации конструкции магнитно-импульсного устройства и обоснованного выбора параметров импульса тока, обеспечивающих максимальную эффективность нарушения адгезионных связей при минимальных энергозатратах.

1. Верещагин И. П., Смагин К. А., Чекалов А. В. [и др.]. Анализ процессов очистки отходящих газов в пластинчатых электрофильтрах с учетом вторичного уноса частиц с электродов // Электротехника. 2017. № 8. С. 57–65. EDN: YUTIMV.

2. Rzayeva S. V. Features of Electrodeless Electrochemical Reactions. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2023;59:590–594. doi: 10.3103/s1068375523050150. EDN: DGNJER.

3. Ахмедов Э. Н. Сафиев С. Э., Рзаева С. В. Инновационные методы электроимпульсной очистки химических жидкостей для синтеза полимерных материалов с заданными свойствами // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2025. № 1 (430). С. 204–217. doi: 10.15518/isjaee.2025.01.204-217. EDN: CEMFRZ.

4. Khasenov A. K., Nusupbekov B. R., Kusainov K. K. Electro-impulse Method of Surface Cleaning. Life Science Journal. 2013;10(12):1–5.

5. Vishnyakov V. I. Pulsed high-voltage electrical discharges in water: The resource for hydrogen production and water purification. International Journal of Hydrogen Energy. 2022;47(25):12500–12505. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.015.

6. Кочеткова В. С., Смирнов Б. Ю. Сопряженная очистка отходящих дымовых газов от оксидов азота и углерода: проектные исследования // Альманах современной науки и образования. 2016. № 3 (105). С. 56–58. EDN: VOFDDN.

7. Захаренко В. А., Захаренко В. В., Николаев М. Ю., Шкаев А. Г. Электроимпульсная очистка карнизов // Омский научный вестник. 2019. № 5 (167). С. 77–81. doi: 10.25206/1813-8225-2019-167-77-81. EDN: EAMEGF.

8. Khajouei R., Keramat J., Hamdami N. [et al.]. Effect of high voltage electrode discharge on the physicochemical characteristics of alginate extracted from an Iranian brown seaweed (Nizimuddinia zanardini). Algal Research. 2021;56:102326. doi: 10.1016/j.algal.2021.102326. EDN: BPVEAW.

9. Alkhadra M. A., Su X., Suss M. E. [et al.]. Electrochemical Methods for Water Purification, Ion Separations, and Energy Conversion. Chemical Reviews. 2022;122(16):13547–13635. doi: 10.1021/acs.chemrev.1c00396. EDN: RLWRKI.

10. Bereziuk A., Karlov O., Kryshchuk R. [et al.]. Vortex currents and magnetic forces of non-magnetic plate in the process of magneto-pulse treatment on the ideal ferromagnetic platform. Przegląd Elektrotechniczny. 2023;1(5):10–14. doi: 10.15199/48.2023.05.02.

11. Bahramian B., Ma Y., Rohanizadeh R. [et al.]. A new solution for removing metal-based catalyst residues from a biodegradable polymer. Green Chemistry. 2016;18(13):3740–3748. doi: 10.1039/c5gc01687h.

12. Whba R., Su’ait M. S., Ahmad A. An affordable and easily accessible approach for acrylonitrile monomer purification through a simple column technique. Journal of Materials Science and Chemical Engineering. 2024;12(4):18–28. doi: 10.4236/msce.2024.124002. EDN: IGLZPI.

13. Makarov V. V., Kuznetsova O. P., Nikolaev M. Y. Issues and tasks of electro-impulse cleaning. 7^th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020). 2020. P. 283–285. doi: 10.1109/EFRE47760.2020.9242109. EDN: ZWDHKA.

14. Захаренко В. А., Татевосян А. С., Захарова Н. В. [и др.]. Расчет нестационарного магнитного поля электроимпульсной установки очистки угольной пыли с поверхности электростатических фильтров // Промышленная энергетика. 2019. №. 12. С. 19–29. EDN: DGEQWH.

15. Diaz I., Ovejero G., Romero M. D. [et al.]. Purification process design in the production of styrene monomer. Chemical Engineering and Processing. 2010;49(4):367-375.