Разработка аналитической модели для определения основного магнитного потока через катушку рабочей обмотки синхронной электрической машины с дробной зубцовой обмоткой

В результате исследования двумерной конечно-элементной модели магнитного поля синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками выявлены типовые магнитные потоки (основной, краевого эффекта, рассеяния) в ее магнитной системе. Проведен анализ степени влияния магнитных потоков краевого эффекта и рассеяния на величину основного магнитного потока, и построены эквивалентные схемы магнитной цепи исследуемой синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками при различных положениях зубцов статора относительно полюсов ротора. Разработана аналитическая модель для определения основного магнитного потока через катушку рабочей обмотки синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками. Особенностью предложенной модели является учет зависимости основного магнитного потока через катушку рабочей обмотки от координаты положения ротора, магнитных потоков краевого эффекта и рассеяния. Разработанная модель позволяет решить задачу количественного определения величины основного магнитного потока через катушку рабочей обмотки с высокой точностью. Кроме того, предложенная модель позволяет определить влияние основных геометрических параметров магнитной цепи на характер изменения основного магнитного потока через катушку рабочей обмотки при наименьших временных затратах. Разработанная аналитическая модель может быть применима в процессе оптимизации синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками.

1. Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: учеб. для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. – СПб.: Питер, 2008. – 350 c.

2. Levi, E. Multiphase Electric Machine for Variable Speed Applications / E. Levi // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2008. – Vol. 55, № 5. – P. 1893–1909. https://doi.org/10.1109/tie.2008.918488

3. Шевченко, А. Ф. Электромеханические преобразователи энергии с модулированным магнитным потоком: дис. … д-ра техн. наук: 05.09.03 / А.Ф. Шевченко. – Новосибирск: НГТУ, 1999. – 340 л.

4. Честюнина, Т.В. Исследование многополюсных синхронных магнитоэлектрических генераторов с дробными зубцовыми обмотками: дис. … канд. техн. наук: 05.09.01 / Т.В. Честюнина. – Новосибирск: НГТУ, 2012. – 176 л.

5. Иванов-Смоленский, А. В. Применение метода проводимостей зубцовых контуров для расчета синхронных машин с постоянными магнитами на поверхности ротора / А.В. Иванов-Смоленский, М. А. Аванесов, Е.В. Казьмин // Электричество. – 2009. – № 8. – С. 42–51.

6. Сан, Ю. Погружные вентильные электродвигатели с зубцовым шагом обмотки статора: дис. … канд. техн. наук: 05.09.03 / Ю. Сан. – СПб.: СПбГМТУ, 2017. – 153 л.

7. Шрейнер, Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р.Т. Шрейнер. – Екатеринбург: УрО РАН, 2000. – 583 с.

8. Пантелеев, С.В. Анализ особенностей магнитного поля синхронной электрической машины с многофазной дробной зубцовой обмоткой в полигармоническом режиме работы / С.В. Пантелеев, А.Н. Малашин // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2021. – Т. 66, №3. – С. 343–355. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2021-66-3-343-355

9. Analysis of Tooth-Tip Flux Leakage in Surface-Mounted Permanent Magnet Linear Vernier Machines / W. Li [et al.] // IEEE Trans. Magn. – 2013. – Vol. 49, № 7. – P. 3949–3952. https://doi.org/10.1109/TMAG.2013.2244581

10. Calculation and Analysis of Flux Leakage Coefficient of Interior Permanent Magnet Synchronous Motors with Fractional Slot Concentrated Windings / P. Gao [et al.] // IEEE Trans. Appl. Superconductivity. – 2019. – Vol. 29, № 2. – Art. no. 0602004. https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2893740

11. Балагуров, В. А. Электрические генераторы с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 280 с.

12. Хитерер, М. Я. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения / М. Я. Хитерер, И. Е. Овчинников. – СПб.: Корона-принт, 2013. – 368 с.

13. Менжинский, А.Б. Математическая модель генератора комбинированной конструкции возвратно-поступательного типа / А.Б. Менжинский, А.Н. Малашин, Ю.Г. Коваль // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та. – 2018. – №2. – С. 74–85.

14. Захаренко, А.Б. Оптимизация проектирования тихоходного вентильного двигателя / А.Б. Захаренко, А. Ф. Авдонин // Электротехника. – 1999. – №12. – С. 6–13.

15. Ponomarev, P. Effect of Slot-and-Pole Combination on the Leakage Inductance and the Performance of Tooth-Coil Permanent-Magnet Synchronous Machines / P. Ponomarev, P. Lindh, J. Pyrhonen // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2013. – Vol. 60, № 10. – P. 4310–4317. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2216246

16. Нго, Фыонг Ле. Расчет индуктивностей синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами / Фыонг Ле Нго // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. – 2017. – Т. 60, № 2. – С. 133–146. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-2-133-146

17. Пантелеев, С.В. Повышение энергетических показателей электрической машины путем применения многофазной зубцовой обмотки / С.В. Пантелеев, А.Н. Малашин // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. – 2017. – №3. – С. 80–86.

18. ELCUT Моделирование электромагнитных, тепловых и упругих полей методом конечных элементов. Версия 6.3.1: рук. пользователя [Электронный ресурс]. – СПб.: Тор, 2018. – Режим доступа: https://elcut.ru/downloads/manual_r_pocket.pdf – Дата доступа: 24.05.2018.

19. Менжинский, А.Б. Разработка уточненных электромагнитных моделей электрических генераторов возвратно-поступательного движения с постоянными магнитами / А. Б. Менжинский, А. Н. Малашин, П.Б. Менжинский // Энергетика. Изв. вузов. и энергет. об-ний СНГ. – 2021. – Т. 64, №4. – С. 291–302. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-4-291-302

20. Балагуров, В. А. Электрические машины с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев, А. Н. Ларионов; под ред. А.Н. Ларионова. – М. ; Л.: Энергия, 1964. – 480 с.