vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-1-83-96vestift-583Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERИмитационная модель «свободнопоршневой двигатель – электромеханотронный преобразователь на базе электрического генератора возвратно-поступательного движения»Simulation model “free-piston engine – electromechatronic converter on the basis of an electrical generator reciprocating”МенжинскийА. Б.MenzhinskyA. B.

Менжинский Андрей Борисович – старший преподаватель, кафедра электротехники и систем электропитания

пр. Независимости, 220, 220057, Минск

Andrei B. Menzhinsky – Senior Lecturer, Chair of Electrical Equipment and Power Supply Systems

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk

volna05011990@mail.ruМалашинА. Н.MalashinA. N.

Малашин Андрей Николаевич – кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры электротехники и систем электропитания

пр. Независимости, 220, 220057, Минск

Andrey N. Malashin – Ph. D. (Engineering), Assistant Professor, Professor of the Chair of Electrical Equipment and Power Supply Systems

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk

Военная академия Республики БеларусьMilitary Academy of the Republic of Belarus2020060420206518396Copyright © Менжинский А.Б., Малашин А.Н., 20202020Менжинский А.Б., Малашин А.Н.Menzhinsky A.B., Malashin A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/583

В ходе анализа состояния и перспектив развития автономных источников электрической энергии с электрическими генераторами возвратно-поступательного движения установлено, что в настоящее время широко распространены маломощные системы «свободнопоршневой двигатель – электромеханотронный преобразователь на базе электрического генератора возвратно-поступательного движения». Проведенные исследования электрических генераторов возвратно-поступательного движения показали, что особого внимания заслуживают комбинированные генераторы, которые способны повысить эффективность такой системы. Однако до настоящего времени изучению системы «свободнопоршневой двигатель – электромеханотронный преобразователь на базе комбинированного электрического генератора возвратно-поступательного движения» не уделялось должного внимания. В связи с этим была разработана имитационная модель системы «свободнопоршневой двигатель – электромеханотронный преобразователь на базе электрического генератора возвратно-поступательного движения», позволяющая проводить исследования данной системы в различных режимах работы при изменении параметров электрической и механической подсистем. Отличительной особенностью разработанной имитационной модели является учет особенностей одновременного использования в магнитной системе электрического генератора возвратно-поступательного движения поперечного и продольного нелинейного изменения магнитных потоков. В результате проведенных исследований имитационной модели показано, что комбинированный электрический генератор возвратно-поступательного движения позволяет обеспечить непрерывное преобразование механической энергии возвратно-поступательного движения в электроэнергию на всем рабочем цикле, а также скомпенсировать рассогласование сил электрической и механической подсистем системы «свободнопоршневой двигатель – электромеханотронный преобразователь на базе электрического генератора возвратно-поступательного движения».

The analysis of the state and prospects of development of autonomous electric power sources with electric reciprocating motion generators has shown that at present, low-power systems “free-piston engine – electromechanotron сonverter based on an electric reciprocating motion generator” are widely used. Studies of electric reciprocating generators have shown that special attention should be paid to combined generators that can improve the efficiency of such a system. However, until now, the study of the system “free-piston engine – electromechanotron сonverter based on a combined electric reciprocating generator” has not been given due attention. In this regard, a simulation model of the system “free-piston engine – electromechanotron сonverter based on an electric generator of reciprocating motion” was developed, which allows conducting research of this system in various operating modes when changing the parameters of the electrical and mechanical subsystems. A distinctive feature of the developed simulation model is the consideration of the features of simultaneous use in the magnetic system of an electric generator of reciprocating motion of transverse and longitudinal nonlinear changes in magnetic flows. As a result of the simulation model studies, it is shown that the combined electric generator of reciprocating motion allows for continuous conversion of mechanical energy of reciprocating motion into electricity over the entire operating cycle, as well as – to compensate for the mismatch of the forces of the electrical and mechanical subsystems of the system “free-piston engine – electromechanotron converter based on an electric generator of reciprocating motion”.

электромеханический преобразователь энергии возвратно-поступательного движенияэлектромеханотронный преобразовательимитационная модельэлектрический генератор возвратно-поступательного движениясвободнопоршневой двигательelectromechanical converter of reciprocating motion energyelectromehanotron convertersimulation modelelectric generator of reciprocating motionfree-piston engineReferencesЗачепа, Ю. В. Автономные системы электроснабжения на базе асинхронных генераторов, основные требования и структура / Ю. В. Зачепа // Електромеханічні і енергозберігаючі системи. – 2010. – Вип. 2. – С. 32–40.Zachepa Yu. V. Autonomous power supply systems based on asynchronous generators, basic requirements and structure. Elektromekhanіchnі і energozberіgayuchі sistemi = Electromechanical and Energy Saving Systems, 2010, iss. 2, pp. 32–40 (in Russian).Цыркин, М. И. Дизельные агрегаты резервного питания / М. И. Цыркин, А. Я. Гольдингер. – СПб.: Чистое письмо, 2003. – 276 с.Tsyrkin M. I., Gol’dinger A. Ya. Diesel Backup Power Units. St. Petersburg, Chistoe pis’mo Publ., 2003. 276 p. (in Russian).Коськин, Ю. П. О терминологии и подготовке специалистов по электромеханотронике / Ю. П. Коськин, Д. В. Самохвалов // Изв. С.-Петерб. гос. электротехн. ун-та «ЛЭТИ». – 2013. – № 1. – С. 57–66.Kos’kin Yu. P., Samokhvalov D. V. About terminology and the training of specialists in electromechatronic. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo elektrotekhnicheskogo universiteta “LETI” = Izvestiya SPbGETU “LETI”, 2013, no. 1, pp. 57–66 (in Russian).The free-piston linear generator potentials and challenges / F. Kock [et al.] // MTZ Worldwide. – 2013. – Vol. 74, № 10. – P. 38–43.Kock F., Heron A., Rinderknecht F., Friedrich H. E. The free-piston linear generator potentials and challenges. MTZ Worldwide, 2013, vol. 74, no. 10, pp. 38–43. https://doi.org/10.1007/s38313-013-0099-zHanipah, M. R. Recent commercial free-piston engine developments for automotive applications / M. R. Hanipah, R. Mikalsen, A. P. Roskilly // Appl. Therm. Eng. – 2015. – Vol. 75. – P. 493–503. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.09.039.Hanipah M. R., Mikalsen R., Roskilly A. P. Recent commercial free-piston engine developments for automotive applications. Applied Thermal Engineering, 2015, vol. 75, pp. 493–503. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.09.039Пинский, Ф. И. Энергоустановки со свободнопоршневыми двигатель-генераторами / Ф. И. Пинский // Мобильная техника. – 2004. – № 2. – С. 13–17.Pinskii F. I. Power plants with free piston engine generators. Mobil’naya tekhnika [Mobile Technology], 2004, no. 2, pp. 13–17 (in Russian).Тракторы XXI века: состояние и перспективы / С. Н. Поддубко [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2019. – 207 с.Poddubko S. N., Amel’chenko P. A., Stasilevich A. G., Vityaz’ P. A., Dubovik D. A., Vashchula A. V., Zhukovskii I. N., Klyuchnikov A. V. 21 st Century Tractors: State and Prospects. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2019. 207 p. (in Russian).Менжинский, А. Б. Универсальная методика электромагнитного расчета возвратно-поступательных электрических генераторов с поперечным и продольным нелинейным изменением магнитного потока / А. Б. Менжинский, А. Н. Малашин, Ю. Г. Коваль // Изобретатель. – 2019. – № 5–6. – С. 38–48.Menzhinskii A. B., Malashin A. N., Koval’ Yu. G. Universal method of electromagnetic calculation of reciprocating electric generators with transverse and longitudinal non-linear changes in magnetic flux. Izobretatel’ [Inventor], 2019, no. 5–6, pp. 38–48 (in Russian).Петриченко, Д. А. Подход к электромеханическому управлению крайними положениями поршня в свободнопоршневом генераторе / Д. А. Петриченко, Л. Ю. Лежнев // Достижения вузов. науки. – 2014. – № 12. – С. 109–117.Petrichenko D. A., Lezhnev L. J. The Electromechanical approach to the management of the extreme positions of the piston free piston generator. Dostizheniya vuzovskoi nauki [Achievements of High School Science], 2014, no. 12, pp. 109–117 (in Russian).Герасимов, Д. В. Исследование особенностей проектирования свободнопоршневого электрогенератора / Д. В. Герасимов // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. – 2000. – Т. 2, № 1. – С. 141–145.Gerasimov D. V. Study of design features of a free-piston electric generator. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk = Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2000, vol. 2, no. 1, pp. 141–145 (in Russian).Татарников, А. П. Разработка алгоритмов управления свободнопоршневой энергоустановки / А. П. Татарников, Д. А. Петриченко, В. В. Иванов // Современные тенденции развития науки и технологий: сб. науч. тр. по материалам IX Междунар. науч.-практ. конф., 31 дек. 2015 г.: в 8 ч. – Белгород: ИП Ткачева Е. П., 2015. – № 6–2. – С. 117–122.Tatarnikov A. P., Petrichenko D. A., Ivanov V. V. Development of control algorithms for a free piston power plant. Sovremennye tendentsii razvitiya nauki i tekhnologii: sbornik nauchnykh trudov po materialam VI Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, 30 sentyabrya 2015 g. No. 6, ch. 2 [Current Trends in the Development of Science and Technology: A Collection of Scientific Papers Based on the Materials of the VI International Scientific and Practical Conference, September 30, 2015. Vol. 6-2]. Belgorod, IP Tkacheva E. P., 2015, pp. 117–122 (in Russian).Менжинский, А. Б. Согласование сил механической и электрической подсистем энергоустановки со свободнопоршневым двигателем и электрическим генератором возвратно-поступательного типа / А. Б. Менжинский // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2019. – Т. 63, № 3. – С. 304–320. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-304-320Menzhinskii A. B. Coordination of forces of mechanical and electric subsystems of power plant with free piston engine and electric generator of reciprocating type. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2019, vol. 64, no. 3, pp. 304– 320 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-304-320Розанов, Ю. К. Силовая электроника: учеб. для вузов / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчицкий, А. А. Кваснюк. – М.: Изд. дом МЭИ, 2016. – 632 с.Rozanov Yu. K., Ryabchitskii M. V., Kvasnyuk A. A. Power Electronics. Moscow, Publ. House of the Moscow Energy Institute, 2016. 632 p. (in Russian).

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