Методика вибору оптимальних геометричних параметрів ротору тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними несекціанованими магнітами

Автор(и)

  • Борис Григорович Любарський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2985-7345
  • Дмитро Ігорович Якунін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3995-3162
  • Олег Якович Ніконов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8878-4318
  • Дмитро Борисович Любарський Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-3535-9809
  • Владислав Олександрович Васенко Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна https://orcid.org/0000-0001-8613-973X
  • Магомедємін Ісамагомедович Гасанов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2161-2386

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247208

Ключові слова:

синхронно-реактивний двигун, метод Нелдера-Міда, метод скінчених елементів, несекціановані постійні магніти

Анотація

Розроблена математична модель по визначенню електромагнітного моменту синхронно-реактивного двигуна з несекціанованими постійними магнітами. Вона базується на розрахунку магнітного поля двигуна методом скінчених елементів у плоско-паралельній постановці задачі. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM. Модель дає можливість визначати електромагнітний момент двигуна при різноманітній геометрії ротору. Проведено постановку задачі умовної оптимізації ротору синхронно-реактивного двигуна за геометричними критеріями ротору. В якості задачі аналізу запропоновано використати математичну модель магнітного поля двигуна. Встановлено обмеження за геометричними та міцностними показниками. У якості метода оптимізації обрано метод Нелдера-Міда. Запропоновано синтез геометричних параметрів ротору синхронно-реактивного двигуна з несекціанованими постійними магнітами на підставі вирішення задачі умовної оптимізації. Визначені обмеження, які накладаються на параметри оптимізації. За результатами досліджень ідентифіковано залежність обмеження куту повороту магніту на підставі розрахунків на міцність. За результатами розрахунків на підставі запропонованої методики визначено, що оптимальна відстань від міжполюсної осі та кут повороту магнітів знаходиться на обмеженні, що встановлено за міцністю конструкції ротора.

За результатами розрахунків значення цільової функції зменшилося на 24,4 % (з –847 Нм до –1054 Нм), що дає можливість значно підвищити електромагнітний момент лише за допомогою оптимального розташування магнітів на роторі двигуна.

За результатами вирішення задачі синтезу параметрів ротору тягового двигуна тролейбусу визначено оптимальні геометричні параметри розташування постійних магнітів

Біографії авторів

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

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

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

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Олег Якович Ніконов, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерних технологій і мехатроніки

Дмитро Борисович Любарський, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Кафедра комп’ютерних технологій і мехатроніки

Владислав Олександрович Васенко, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

Аспірант

Кафедра електричного транспорту

Магомедємін Ісамагомедович Гасанов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор, проректор з науково-педагогічної роботи

Посилання

  1. Luvishis, A. L. (2017). Asinhronniy tyagoviy privod: nachalo puti. Lokomotiv, 1 (721), 44–46.
  2. Goolak, S., Gerlici, J., Tkachenko, V., Sapronova, S., Lack, T., Kravchenko, K. (2019). Determination of Parameters of Asynchronous Electric Machines with Asymmetrical Windings of Electric Locomotives. Communications - Scientific Letters of the University of Zilina, 21 (2), 24–31. doi: https://doi.org/10.26552/com.c.2019.2.24-31
  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., Riabov, I., Iakunin, D., Dubinina, O., Nikonov, O., Domansky, V. (2021). Determining the effect of stator groove geometry in a traction synchronous reluctance motor with permanent magnets on the saw-shaped electromagnetic moment level. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (111)), 68–74. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233270
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. Moghaddam, R. R. (2011). Synchronous Reluctance Machine (SynRM) in Variable Speed Drives (VSD) Applications – Theoretical and Experimental Reevaluation. Stockholm, 260. Available at: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:417890/FULLTEXT01.pdf
  11. 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
  12. Yoshida, K. (2002). Development of Main Circuit System using Direct Drive Motor (DDM). Special edition paper. JR EAST Technical Review, 1, 046–052. Available at: https://www.jreast.co.jp/e/development/tech/pdf_1/46_52tecrev.pdf
  13. Vaskovskyi, Yu. M., Haidenko, Yu. A., Rusiatynskyi, A. E. (2013). Mathematical modeling and selecting of construction parameters for traction synchronous motors with permanent magnets. Tekhnichna elektrodynamika, 6, 40–45. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/100755/09-Vaskovsky.pdf?sequence=1
  14. Dehghani Ashkezari, J., Khajeroshanaee, H., Niasati, M., Jafar Mojibian, M. (2017). Optimum design and operation analysis of permanent magnet-assisted synchronous reluctance motor. Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 25, 1894–1907. doi: https://doi.org/10.3906/elk-1603-170
  15. 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
  16. 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
  17. Meeker, D. (2015). Finite Element Method Magnetics. Version 4.2. User’s Manual. Available at: http://www.femm.info/Archives/doc/manual42.pdf
  18. Severin, V. P. (2005). Vector optimization of the integral quadratic estimates for automatic control systems. Journal of Computer and Systems Sciences International, 44 (2), 207–216.
  19. Nikulina, E. N., Severyn, V. P., Kotsiuba, N. V. (2018). Optimization of direct quality indexes of automatic control systems of steam generator productivity. Bulletin of National Technical University “KhPI”. Series: System Analysis, Control and Information Technologies, 21, 8–13. doi: https://doi.org/10.20998/2079-0023.2018.21.02
  20. Kononenko, K. E., Kononenko, A. V., Krutskih, S. V. (2015). Parametricheskaya optimizatsiya geometrii pazov rotora kak sposob povysheniya KPD asinhronnogo dvigatelya s korotkozamknutym rotorom. Elektrotekhnicheskie kompleksy i sistemy upravleniya, 2, 45–49. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=24252080
  21. Liubarskyi, B., Lukashova, N., Petrenko, O., Pavlenko, T., Iakunin, D., Yatsko, S., Vashchenko, Y. (2019). Devising a procedure to choose optimal parameters for the electromechanical shock absorber for a subway car. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (100)), 16–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176304

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-24

Як цитувати

Любарський, Б. Г., Якунін, Д. І., Ніконов, О. Я., Любарський, Д. Б., Васенко, В. О., & Гасанов, М. І. (2021). Методика вибору оптимальних геометричних параметрів ротору тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними несекціанованими магнітами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (114), 27–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247208

Номер

Том 6 № 8 (114) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Borys Liubarskyi, Dmytro Iakunin, Oleh Nikonov, Dmytro Liubarskyi, Vladyslav Vasenko, Magomedemin Gasanov

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.