Підвищення ефективності щодо визначення індуктивних параметрів активної частини якоря електричної машини методами польового моделювання

Автор(и)

  • Mykhailo Kotsur Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-0072-5437
  • Dmytro Yarymbash Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-2324-9303
  • Igor Kotsur Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0001-6394-7849
  • Serhiy Yarymbash Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-4661-7076

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185136

Ключові слова:

електрична машина, електромагнітне поле, індуктивні параметри, трьохмірна польова модель

Анотація

Проведені теоретичні дослідження електромагнітних процесів в активній частині якоря електричної машини в динамічному режимі короткого замикання за допомогою трьохмірної моделі магнітного поля, представленої у вигляді сполучення електричних кіл фазових обмоток і геометричних 3D областей. Запропоновано підхід щодо визначення власних та взаємних індуктивностей між фазними обмотками якоря електричних машин, основаного на декомпозиції електромагнітних процесів, шляхом комбінацій вмикання фазних обмоток якоря до мережі. Визначені закономірності електромагнітних процесів від власних і взаємних впливів фазних струмів якоря, які викликають появу ефектів само- й взаємної індукції з та без врахування магнітних властивостей матеріалів. Розглянуті явища самоіндукції у фазах обмотки якоря, створення складових індукованих струмів у фазі від дії фазних струмів сусідніх фаз, а також їхніх підмагнічуючих і розмагнічуючих властивостей. Вплив цих процесів призводить до несиметрії систем взаємних індуктивностей між фазами обмотки, однак при цьому не порушується симетрія повних індуктивностей фазних обмоток якоря. Для більш точного визначення індуктивних параметрів обмотки якоря електричної машини за класичною методикою запропоновані відповідні коефіцієнти корекції. Це дозволить мінімізувати струмові похибки і забезпечити адекватність загальновідомих трьох- і двофазних моделей електричних машин, заснованих на системах диференціальних рівнянь першого порядку. Достовірність і точність отриманих даних 3D моделювання магнітних полів підтверджується результатами фізичних випробувань. При врахуванні магнітних властивостей електрофізичних матеріалів активної частини якоря електричної машини відносна струмова похибка не перевищує 2,68 ÷ 2,91 %, без урахування магнітних властивостей – 103,09 ÷ 106,32 %

Біографії авторів

Mykhailo Kotsur, Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних та електронних апаратів

Dmytro Yarymbash, Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра електричних машин

Igor Kotsur, Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних машин

Serhiy Yarymbash, Національний університет "Запорізька політехніка" вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних машин

Посилання

  1. Kopylov, I. P., Klokov, B. K., Morozkin, V. P. (2005). Proektirovanie elektricheskih mashin. Moscow: Vysshaya shkola, 767.
  2. Ivanov-Smolenskiy, A. V. (2006). Elektricheskie mashiny. Moscow: Izdatel'skiy dom MEI, 532.
  3. Ledovskiy, A. N. (1985). Elektricheskie mashiny s vysokokoertsitivnymi postoyannymi magnitami. Moscow: Energoatomizdat, 168.
  4. Grebenikov, V. V., Pryymak, M. V. (2009). Issledovanie vliyaniya konfiguratsii magnitnoy sistemy na momentnye harakteristiki elektrodvigateley s postoyannymi magnitami. Elektrotehnika i elektroenergetika, 2, 57–60.
  5. Lushchyk, V. D., Ivanenko, V. S. (2011). Bahatopoliusni kaskadni synkhronni mashyny. Elektromekhanichni i enerhozberihaiuchi systemy, 2, 116–123.
  6. Kopylov, I. P. (2001). Matematicheskoe modelirovanie elektricheskih mashin. Moscow: Vysshaya shkola, 327.
  7. Tolochko, O. I., Ryzhkov, A. M. (2018). Synthesis and analysis of modal control system for crane mechanism motion taking into account the work of lifting mechanism. Tekhnichna Elektrodynamika, 2018 (4), 131–134. doi: https://doi.org/10.15407/techned2018.04.131
  8. Kotsur, M. I., Andrienko, P. D., Kotsur, I. M., Bliznyakov, O. V. (2017). Converter for frequency-current slip-power recovery scheme. Scientific Bulletin of National Mining University, 4, 49–54.
  9. Tykhovod, S. M. (2014). Transients modeling in transformers on the basis of magnetoelectric equivalent circuits. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 59–68. doi: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2014-2-8
  10. Tolochko, O. I., Buhrovyi, A. A. (2016). Improving dynamic of the system based on permanent magnet synchronous motor using optimal control strategies. Tekhnichna Elektrodynamika, 2016 (5), 35–37. doi: https://doi.org/10.15407/techned2016.05.035
  11. German-Galkin, S. G. (2008). Matlab & Simulink. Proektirovanie mehatronnyh sistem na PK. Sankt-Peterburg: KORONA-VEK, 368.
  12. Yu, D., Huang, X., Wu, L., Fang, Y. (2019). Design and Analysis of Outer Rotor Permanent-Magnet Vernier Machines with Overhang Structure for In-Wheel Direct-Drive Application. Energies, 12 (7), 1238. doi: https://doi.org/10.3390/en12071238
  13. Wardach, M., Paplicki, P., Palka, R. (2018). A Hybrid Excited Machine with Flux Barriers and Magnetic Bridges. Energies, 11 (3), 676. doi: https://doi.org/10.3390/en11030676
  14. Han, G., Chen, H., Shi, X. (2017). Modelling, diagnosis, and tolerant control of phase-to-phase fault in switched reluctance machine. IET Electric Power Applications, 11 (9), 1527–1537. doi: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2017.0185
  15. Bezverkhnia, Yu. S. (2019). A voltage loss preliminary estimation in ac busbars. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 73–78. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/13
  16. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Divchuk, T., Litvinov, D. (2017). Features of defining three-phase transformer no-load parameters by 3D modeling methods. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: https://doi.org/10.1109/mees.2017.8248870
  17. Paiva Jr, R. D., Silva, V. C., Nabeta, S. I., Chabu, I. E. (2017). Magnetic topology with axial flux concentration: a technique to improve permanent-magnet motor performance. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, 16 (4), 881–899. doi: https://doi.org/10.1590/2179-10742017v16i4957
  18. Meng, X., Wang, S., Qiu, J., Zhu, J. G., Guo, Y. (2010). Cogging torque reduction of Bldc motor using level set based topology optimization incorporating with triangular finite element. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 33 (3-4), 1069–1076. doi: https://doi.org/10.3233/jae-2010-1222
  19. Shkarupylo, V., Skrupsky, S., Oliinyk, A., Kolpakova, T. (2017). Development of stratified approach to software defined networks simulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (89)), 67–73. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110142
  20. Aden Diriyé, A., Amara, Y., Barakat, G., Hlioui, S., De la Barrière, O., Gabsi, M. (2016). Performance analysis of a radial flux PM machine using a hybrid analytical model and a MBG reluctance network model. European Journal of Electrical Engineering, 18 (1-2), 9–26. doi: https://doi.org/10.3166/ejee.18.9-26
  21. Kotsur, M., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, I. (2017). A new approach of the induction motor parameters determination in short-circuit mode by 3D electromagnetic field simulation. 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). doi: https://doi.org/10.1109/ysf.2017.8126620
  22. Yarymbash, D., Kotsur, M., Subbotin, S., Oliinyk, A. (2017). A new simulation approach of the electromagnetic fields in electrical machines. 2017 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT). doi: https://doi.org/10.1109/dt.2017.8024332
  23. Benhamida, M. A., Ennassiri, H., Amara, Y. (2018). Reluctance network lumped mechanical & thermal models for the modeling and predesign of concentrated flux synchronous machine. Open Physics, 16 (1), 692–705. doi: https://doi.org/10.1515/phys-2018-0088
  24. Thul, A., Steentjes, S., Schauerte, B., Klimczyk, P., Denke, P., Hameyer, K. (2018). Rotating magnetizations in electrical machines: Measurements and modeling. AIP Advances, 8 (5), 056815. doi: https://doi.org/10.1063/1.5007751
  25. Yazdani-Asrami, M., Gholamian, S. A., Mirimani, S. M., Adabi, J. (2018). Calculation of AC Magnetizing Loss of ReBCO Superconducting Tapes Subjected to Applied Distorted Magnetic Fields. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 31 (12), 3875–3888. doi: https://doi.org/10.1007/s10948-018-4695-7
  26. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., Divchuk, T. (2018). Analysis of inrush currents of the unloaded transformer using the circuit­field modelling methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (5 (93)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.134248
  27. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., Divchuk, T. (2018). Enhancing the effectiveness of calculation of parameters for short circuit of three­phase transformers using field simulation methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (94)), 22–28. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140236
  28. Yarymbash, D., Kotsur, M., Bezverkhnia, Y., Yarymbash, S., Kotsur, I. (2018). Parameters Determination of the Trolley Busbars by Electromagnetic Field Simulation. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559576
  29. Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., Kylymnyk, I. (2018). An Error Estimation Of The Current Sensors Of The Automated Control System Of The Technological Process Of Graphitation. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559489
  30. Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., Divchuk, T. (2018). Electromagnetic Parameters Determination of Power Transformers. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559573
  31. Kotsur, M., Kotsur, I., Bezverkhnia, Y., Andrienko, D. (2017). Increasing of thermal reliability of a regulated induction motor in non-standard cycle time conditions. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: https://doi.org/10.1109/mees.2017.8248960
  32. Jacques, K., Steentjes, S., Henrotte, F., Geuzaine, C., Hameyer, K. (2018). Representation of microstructural features and magnetic anisotropy of electrical steels in an energy-based vector hysteresis model. AIP Advances, 8 (4), 047602. doi: https://doi.org/10.1063/1.4994199
  33. Leuning, N., Steentjes, S., Stöcker, A., Kawalla, R., Wei, X., Dierdorf, J. et. al. (2018). Impact of the interaction of material production and mechanical processing on the magnetic properties of non-oriented electrical steel. AIP Advances, 8 (4), 047601. doi: https://doi.org/10.1063/1.4994143
  34. Stepanenko, A., Oliinyk, A., Deineha, L., Zaiko, T. (2018). Development of the method for decomposition of superpositions of unknown pulsed signals using the second­order adaptive spectral analysis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (92)), 48–54. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126578

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-11-27

Як цитувати

Kotsur, M., Yarymbash, D., Kotsur, I., & Yarymbash, S. (2019). Підвищення ефективності щодо визначення індуктивних параметрів активної частини якоря електричної машини методами польового моделювання. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (102), 39–47. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185136

Номер

Том 6 № 5 (102) (2019): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Mykhailo Kotsur, Dmytro Yarymbash, Igor Kotsur, Serhiy Yarymbash

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.