Оптимізація геометричних параметрів ротору тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними секціонованими магнітами

Автор(и)

  • Borys Liubarskyi 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
  • Багіш Хачикович Єріцян Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0579-3882

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254373

Ключові слова:

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

Анотація

В роботі розглянуто параметри секціонування та взаємне розташування магнітів у роторі тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними секціонованими магнітами. Запропоновано синтез геометричних параметрів ротору синхронно-реактивного двигуна з секціонованими постійними магнітами на підставі вирішення задачі умовної оптимізації. Для вирішення задачі синтезу розроблено математичну модель по визначенню електромагнітного моменту синхронно-реактивного двигуна з секціонованими постійними магнітами. Вона базується на розрахунку електромагнітного моменту  двигуна за результатами скінчено-елементного аналізу магнітного поля у плоско-паралельній постановці задачі. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM та дає можливість визначати електромагнітний момент двигуна при різноманітному секціонуванні постійних магнітів. В якості задачі аналізу запропоновано використати математичну модель магнітного поля двигуна. Проведено постановку задачі умовної оптимізації ротору синхронно-реактивного двигуна за геометричними критеріями ротору. Встановлено обмеження за геометричними, міцносними показниками, а також за рівнем електромагнітного моменту.  У якості метода оптимізації обрано метод Нелдера-Міда.

За результатами вирішення задачі синтезу параметрів секціонованого ротору тягового двигуна приводу коліс тролейбусу визначено, що об’єм постійних магнітів вдалось знизити 2.27 рази, порівняно з базовою конструкцією та здобуто їх оптимальні геометричні розміри (5 мм, 5.2 мм та 5 мм), відстані між ними 17,8 мм та 15,3 мм, а також кут навантаження двигуна, який становить 121,12° ел.

За результатами вирішення задачі синтезу параметрів секціонованого ротору тягового синхронно-реактивного двигуна тролейбусу визначено оптимальні його геометричні параметри

Біографії авторів

Borys Liubarskyi, 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

Багіш Хачикович Єріцян, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Посилання

  1. Luvishis, A. L. (2017). Asinkhronniy 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: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:417890/FULLTEXT01.pdf
  11. Liubarskyi, B., Iakunin, D., Nikonov, O., Liubarskyi, D., Vasenko, V., Gasanov, M. (2021). Procedure for selecting optimal geometric parameters of the rotor for a traction non-partitioned permanent magnet-assisted synchronous reluctance motor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (114)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247208
  12. 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
  13. Development of Main Circuit System using Direct Drive Motor (DDM). Available at: https://www.jreast.co.jp/e/development/tech/pdf_1/46_52tecrev.pdf
  14. 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: https://docplayer.com/38603915-Udk-matematicheskoe-modelirovanie-i-vybor-konstruktivnyh-parametrov-tyagovogo-sinhronnogo-elektrodvigatelya-s-postoyannymi-magnitami.html
  15. 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
  16. 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
  17. 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.
  18. 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
  19. Kononenko, K. E., Kononenko, A. V., Krutskikh, S. V. (2015). Parametricheskaya optimizatsiya geometrii pazov rotora kak sposob povysheniya KPD asinkhronnogo dvigatelya s korotkozamknutym rotorom. Elektrotekhnicheskie kompleksy i sistemy upravleniya, 2 (38), 45–49.
  20. 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
  21. Meeker, D. (2015). Finite Element Method Magnetics. Version 4.2. User’s Manual. Available at: http://www.femm.info/Archives/doc/manual42.pdf
  22. 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

2022-04-30

Як цитувати

Liubarskyi, B., Якунін, Д. І., Ніконов, О. Я., Любарський, Д. Б., & Єріцян, Б. Х. (2022). Оптимізація геометричних параметрів ротору тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними секціонованими магнітами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (116), 38–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254373

Номер

Том 2 № 8 (116) (2022): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Borys Liubarskyi, Dmytro Iakunin, Oleh Nikonov, Dmytro Liubarskyi, Bagish Yeritsyan

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.