Визначення впливу геометрії пазу статора тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами на рівень зубчатого електромагнітного моменту

Автор(и)

  • Борис Григорович Любарський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2985-7345
  • Євген Сергійович Рябов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0753-514X
  • Дмитро Ігорович Якунін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3995-3162
  • Оксана Миколаївна Дубініна Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-6928-0325
  • Олег Якович Ніконов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8878-4318
  • Vasily Domansky Rostov State Transport University (RSTU), Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-6697-4631

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233270

Ключові слова:

синхронно-реактивний двигун з постійними магнітами, зубчатий момент, метод скінчених елементів, паз статору

Анотація

На основі методу скінчених елементів розроблено модель магнітного поля синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM з одночасним використанням скрипту на мові Lua. Модель дає можливість визначати залежність електромагнітного моменту двигуна від куту обертання ротору.

Визначення рівня зубчастого моменту важливо для оцінки його шкідливого впливу на елементи конструкції тягового двигуна та приводу в цілому.

За результатами цифрового моделювання отримані залежності електромагнітного моменту від кута повороту ротору. Момент має змінну складову – зубчастий момент, – амплітуда якої для відкритих пазів у режимі номінального навантаження складає 182 Нм, а для напіввідкритих пазів 90 Нм.

Застосування напіввідкритих пазів позитивно впливає на боротьбу з зубчастим моментом синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами та може бути рекомендовано до подальшого вживання на двигунах подобного типу. Напіввідкриті пази зменшує у 2 рази відкриття пазу статора та призводить до більш плавного розподілу потоку під зубчастим поділом. Це призводить зменшення коливань основного магнітного потоку. Запропоноване застосування напіввідкритих пазів статору дозволяє більше ніж у 2 рази знизити рівень зубчастого моменту синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами у номінальному режимі.

Визначено, що доволі позитивним фактором є збільшення на 4,8 % середнього значення моменту двигуна в номінальному режимі при застосуванні напіввідкритих пазів. Це обумовлюється зниженням середнього значення магнітного опору основному магнітному потоку. Тому з одночасним зменшенням коливання моменту перехід до напіввідкритих пазів дає можливість підняти масогабаритні показники двигуна в цілому

Біографії авторів

Борис Григорович Любарський, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Євген Сергійович Рябов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Дмитро Ігорович Якунін, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Оксана Миколаївна Дубініна, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Докторка педагогічних наук, кандидатка технічних наук, доцентка

Кафедра комп’ютерної математики і аналізу даних

Олег Якович Ніконов, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерних технологій і мехатроніки

Vasily Domansky, Rostov State Transport University (RSTU)

PhD, Associate Professor

Department of Informatics

Посилання

  1. Luvishis, A. L. (2017). Asinhronniy privod: nachalo puti. Lokomotiv, 1 (721), 44–46.
  2. Luvishis, A. L. (2018). Novye lokomotivy zheleznyh dorog SShA. Zheleznodorozhniy transport, 8, 70–77.
  3. Liubarskyi, B., Demydov, A., Yeritsyan, B., Nuriiev, R., Iakunin, D. (2018). Determining electrical losses of the traction drive of electric train based on a synchronous motor with excitation from permanent magnets. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (92)), 29–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127936
  4. Basov, H. H., Yatsko, S. I. (2005). Rozvytok elektrychnoho motorvahonnoho rukhomoho skladu. Ch. 2. Kharkiv: «Apeks+», 248.
  5. Bezruchenko, V. M., Varchenko, V. K., Chumak, V. V. (2003). Tiahovi elektrychni mashyny elektrorukhomoho skladu. Dnipropetrovsk: DNUZT, 252.
  6. Liubarskyi, B. G., Overianova, L. V., Riabov, I. S., Iakunin, D. I., Ostroverkh, O. O., Voronin, Y. V. (2021). Estimation of the main dimensions of the traction permanent magnet-assisted synchronous reluctance motor. Electrical Engineering & Electromechanics, 2, 3–8. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2021.2.01
  7. Stipetic, S., Zarko, D., Kovacic, M. (2016). Optimised design of permanent magnet assisted synchronous reluctance motor series using combined analytical–finite element analysis based approach. IET Electric Power Applications, 10 (5), 330–338. doi: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2015.0245
  8. Viego-Felipe, P. R., Gómez-Sarduy, J. R., Sousa-Santos, V., Quispe-Oqueña, E. C. (2018). Motores sincrónicos de reluctancia asistidos por iman permanente: Un nuevo avance en el desarrollo de los motores eléctricos. Ingeniería, Investigación y Tecnología, 19 (3), 269–279. doi: https://doi.org/10.22201/fi.25940732e.2018.19n3.023
  9. Moghaddam, R.-R. (2011). Synchronous Reluctance Machine (SynRM) in Variable Speed Drives (VSD) Applications. Theoretical and Experimental Reevaluation. Stockholm, 260. Available at: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:417890/FULLTEXT01.pdf
  10. Wu, W., Zhu, X., Quan, L., Du, Y., Xiang, Z., Zhu, X. (2018). Design and Analysis of a Hybrid Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor Considering Magnetic Saliency and PM Usage. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28 (3), 1–6. doi: https://doi.org/10.1109/tasc.2017.2775584
  11. Uspensky, B., Avramov, K., Liubarskyi, B., Andrieiev, Y., Nikonov, O. (2019). Nonlinear torsional vibrations of electromechanical coupling of diesel engine gear system and electric generator. Journal of Sound and Vibration, 460, 114877. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.114877
  12. Mohd Jamil, M. L., Zolkapli, Z. Z., Jidin, A., Raja Othman, R. N. F., Sutikno, T. (2015). Electromagnetic Performance due to Tooth-tip Design in Fractional-slot PM Brushless Machines. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 6 (4), 860. doi: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v6.i4.pp860-868
  13. Viego, P. R., Gómez, J. R., Sousa, V., Yanes, J. P. M., Quispe, E. C. (2021). Reducing torque pulsations in PMa-SynRM: a way for improving motor performance. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 12 (1), 67. doi: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v12.i1.pp67-79
  14. Kolehmainen, J. (2010). Synchronous Reluctance Motor With Form Blocked Rotor. IEEE Transactions on Energy Conversion, 25 (2), 450–456. doi: https://doi.org/10.1109/tec.2009.2038579
  15. Wang, A., Li, D. (2020). Influence of unequal stator tooth width on the performance of outer-rotor permanent magnet machines. Open Physics, 18 (1), 432–438. doi: https://doi.org/10.1515/phys-2020-0175
  16. Kostenko, I. (2018). Improvement of the method of calculation of mechanical characteristics of a traction motor of direct current with combined excitation. Technology Audit and Production Reserves, 4 (1 (42)), 4–10. doi: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.141384
  17. Sezen, S., Karakas, E., Yilmaz, K., Ayaz, M. (2016). Finite element modeling and control of a high-power SRM for hybrid electric vehicle. Simulation Modelling Practice and Theory, 62, 49–67. doi: https://doi.org/10.1016/j.simpat.2016.01.006
  18. Sil'vester, P., Ferrari, R. (1986). Metod konechnyh elementov dlya radioinzhenerov i inzhenerov-elektrikov. Moscow: Mir, 232.
  19. Meeker, D. (2015). Finite Element Method Magnetics. Version 4.2. User’s Manual. Available at: http://www.femm.info/Archives/doc/manual42.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Любарський, Б. Г., Рябов, Є. С., Якунін, Д. І., Дубініна, О. М., Ніконов, О. Я., & Domansky, V. (2021). Визначення впливу геометрії пазу статора тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами на рівень зубчатого електромагнітного моменту . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8(111), 68–74. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233270

Номер

Том 3 № 8(111) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Borys Liubarskyi, Ievgen Riabov, Dmytro Iakunin, Oksana Dubinina, Oleh Nikonov, Vasily Domansky

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.