Тестирование гипотезы о зависимости массы электрических машин от мощности и частоты вращения
Ключевые слова:
машинная постоянная, законы электромеханики, синхронные машины с постоянными магнитами
Аннотация
Проводится тестирование гипотезы о пропорциональности массы любой вращающейся электрической машины ее мощности, взятой в степени 0,75, и обратной пропорциональности массы квадратному корню частоты вращения. Тестирование проводится на материале синхронных машин с постоянными магнитами. Исследуется влияние таких факторов, как напряжение, форма активных частей, охлаждение, уровень КПД, перегрузки, наличие несущих структур, частота питания и количество полюсов. Гипотеза тестируется посредством расчетов массы машин в максимально широком диапазоне мощности (от 0,03 Вт до 36 МВт) и частоты вращения (от 2 до 500000 об/мин). Точность предварительной оценки массы машины в пределах около 50% можно признать приемлемой, учитывая, что рассматривается масса машин как менее грамма, так и более 100 тонн. По результатам исследования предложена формулировка нового закона электромеханики, описывающего «предопределенность» массы машины именно через ее мощность и частоту вращения. Отношение мощности, взятой в степени 0,75, к квадратному корню частоты вращения в определенной степени представляет собой аналог «гравитации», которую проектировщики пытаются преодолеть, работая над снижением значений вышеупомянутых факторов влияния.
Литература
1. Матвеев А.В. Альтернативная машинная постоянная и оценка массы и габаритов электрических машин. – Электричество, 2019, №11, с.45–53.
2. Матвеев А.В. Анализ типов и серий асинхронных машин с помощью альтернативной машинной постоянной. – Электричество, 2020, №7, с.41–56.
3. Matveev A., Røkke A. Power take-off for tidal turbines providing lowest cost of energy. – 10th European Wave and Tidal Energy Conference EWTEC-2013, Aalborg, Denmark, 2013.
4. Сайт компании ETEL Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.etel.ch (дата обращения 02.09.2020).
5. Сайт компании Celeroton. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.celeroton.com (дата обращения 03.09.2020).
6. Lim Myung-Seop, Chai Seung-Hee, Yang Jae-Sik, Hong J.P. Design and verification of 150-krpm PMSM based on experiment results of prototype. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, vol. 62, No. 12, DOI:10.1109/TIE.2015.2409804.
7. Novák M., Novák Z. Construction of high-speed permanent magnet synchronous machine. – 17th International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, Dubrovnik, Croatia, 2013.
8. Tuysuz A., Meyer F., Steichen M., Zwyssig C., Kolar J.W. Advanced Cooling Methods for High-Speed Electrical Machines. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, vol. 53, No. 3, pp. 2077–2087, DOI: 10.1109/TIA.2017.2672921.
9. Сайт компании Leonardo DRS. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.leonardodrs.com (дата обращения 03.09.2020).
10. Beno J.H., Flynn M.M., Hayes R.J., et all. Design and analysis of a 20 MW propulsion power train. – Proceedings of 7th International Naval Engineering Conference and Exhibition (INEC), Amsterdam, The Netherlands, 2004, pp. 409–414.
11. Сайт компании Faulhaber. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.faulhaber.com (дата обращения 03.09.2020).
12. Englebretson S., Ouyang W., Tschida C., Carr J., et all. Advanced direct-drive generator for improved availability of oscillating wave surge converter power generation systems. Final technical report. ABB Inc., Cary, NC, United States, 2017.
13. Saban D., Artinian H. Permanent-magnet motors for subsea applications, 2008, 8 р. [Электрон. ресурс] URL: http://www.directdrivesystems.net/tech-papers (дата обращения 02.09.2012).
14. Сайт компании TheSwitch. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: https://theswitch.com/ (дата обращения 03.09.2020).
15. Shade N. Enormous power in a small package: Direct Drive Systems introduces high-speed motor for compression applications, CompressorTech2, Jan-Feb 2006.
16. Сайт компании Halodi Robotics. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL:www.halodi.com (дата обращения 03.09.2020).
17. Сайт компании Kollmorgen. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: www.kollmorgen.com (дата обращения 03.09.2020).
18. Сайт компании Leroy Somer. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: https://acim.nidec.com/motors/leroy-somer (дата обращения 03.09.2020).
19. Сайт компании Moog. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: www.moog.com (дата обращения 03.09.2020).
20. Сайт компании Turnigy. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: www.turnigy.com (дата обращения 03.09.2020).
21. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. Учебник для вузов. 3-е изд., М.: Высшая школа, 2001, 327 с.
#
1. Matveev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 11, pp. 45–53.
2. Matveev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 7, pp. 41–56.
3. Matveev A., Røkke A. Power take-off for tidal turbines providing lowest cost of energy. – 10th European Wave and Tidal Energy Conference EWTEC-2013, Aalborg, Denmark, 2013.
4. ETEL website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.etel.ch (Date of appeal 02.09.2020).
5. Celeroton website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.celeroton.com (Date of appeal 03.09.2020).
6. Lim Myung-Seop, Chai Seung-Hee, Yang Jae-Sik, Hong J.P. Design and verification of 150-krpm PMSM based on experiment results of prototype. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, vol. 62, No. 12, DOI:10.1109/TIE.2015.2409804.
7. Novák M., Novák Z. Construction of high-speed permanent magnet synchronous machine. – 17th International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, Dubrovnik, Croatia, 2013.
8. Tuysuz A., Meyer F., Steichen M., Zwyssig C., Kolar J.W. Advanced Cooling Methods for High-Speed Electrical Machines. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, vol. 53, No. 3, pp. 2077–2087, DOI: 10.1109/TIA.2017.2672921.
9. Leonardo DRS website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.leonardodrs.com (Date of appeal 03.09.2020).
10. Beno J.H., Flynn M.M., Hayes R.J., et all. Design and analysis of a 20 MW propulsion power train. – Proceedings of 7th International Naval Engineering Conference and Exhibition (INEC), Amsterdam, The Netherlands, 2004, pp. 409–414.
11. Faulhaber website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.faulhaber.com (Date of appeal 03.09.2020).
12. Englebretson S., Ouyang W., Tschida C., Carr J., et all. Advanced direct-drive generator for improved availability of oscillating wave surge converter power generation systems. Final technical report. ABB Inc., Cary, NC, United States, 2017.
13. Saban D., Artinian H. Permanent-magnet motors for subsea applications, 2008, 8 р. [Electron. resource] URL: http://www.directdrivesystems.net/tech-papers (Date of appeal 02.09.2012).
14. TheSwitch website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: https://theswitch.com (Date of appeal 03.09.2020).
15. Shade N. Enormous power in a small package: Direct Drive Systems introduces high-speed motor for compression applications, CompressorTech2, Jan-Feb 2006.
16. Halodi Robotics website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.halodi.com (Date of appeal 03.09.2020).
17. Kollmorgen website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.kollmorgen.com (Date of appeal 03.09.2020).
18. Leroy Somer website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: https://acim.nidec.com/motors/leroy-somer (Date of appeal 03.09.2020).
19. Moog website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.moog.com (Date of appeal 03.09.2020).
20. Turnigy website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.turnigy.com (Date of appeal 03.09.2020).
21. Kopylov I.P. Matematicheskoe modelirovanie elektricheskih mashin. Ucheb. dlya vuzov, 3-e izd. (Mathematical modelling of electric machines. 3rd issue). M.: Vysshaya shkola, 2001, 327 p.
2. Матвеев А.В. Анализ типов и серий асинхронных машин с помощью альтернативной машинной постоянной. – Электричество, 2020, №7, с.41–56.
3. Matveev A., Røkke A. Power take-off for tidal turbines providing lowest cost of energy. – 10th European Wave and Tidal Energy Conference EWTEC-2013, Aalborg, Denmark, 2013.
4. Сайт компании ETEL Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.etel.ch (дата обращения 02.09.2020).
5. Сайт компании Celeroton. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.celeroton.com (дата обращения 03.09.2020).
6. Lim Myung-Seop, Chai Seung-Hee, Yang Jae-Sik, Hong J.P. Design and verification of 150-krpm PMSM based on experiment results of prototype. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, vol. 62, No. 12, DOI:10.1109/TIE.2015.2409804.
7. Novák M., Novák Z. Construction of high-speed permanent magnet synchronous machine. – 17th International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, Dubrovnik, Croatia, 2013.
8. Tuysuz A., Meyer F., Steichen M., Zwyssig C., Kolar J.W. Advanced Cooling Methods for High-Speed Electrical Machines. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, vol. 53, No. 3, pp. 2077–2087, DOI: 10.1109/TIA.2017.2672921.
9. Сайт компании Leonardo DRS. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.leonardodrs.com (дата обращения 03.09.2020).
10. Beno J.H., Flynn M.M., Hayes R.J., et all. Design and analysis of a 20 MW propulsion power train. – Proceedings of 7th International Naval Engineering Conference and Exhibition (INEC), Amsterdam, The Netherlands, 2004, pp. 409–414.
11. Сайт компании Faulhaber. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: www.faulhaber.com (дата обращения 03.09.2020).
12. Englebretson S., Ouyang W., Tschida C., Carr J., et all. Advanced direct-drive generator for improved availability of oscillating wave surge converter power generation systems. Final technical report. ABB Inc., Cary, NC, United States, 2017.
13. Saban D., Artinian H. Permanent-magnet motors for subsea applications, 2008, 8 р. [Электрон. ресурс] URL: http://www.directdrivesystems.net/tech-papers (дата обращения 02.09.2012).
14. Сайт компании TheSwitch. Раздел каталогов электрических машин [Электрон. ресурс] URL: https://theswitch.com/ (дата обращения 03.09.2020).
15. Shade N. Enormous power in a small package: Direct Drive Systems introduces high-speed motor for compression applications, CompressorTech2, Jan-Feb 2006.
16. Сайт компании Halodi Robotics. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL:www.halodi.com (дата обращения 03.09.2020).
17. Сайт компании Kollmorgen. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: www.kollmorgen.com (дата обращения 03.09.2020).
18. Сайт компании Leroy Somer. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: https://acim.nidec.com/motors/leroy-somer (дата обращения 03.09.2020).
19. Сайт компании Moog. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: www.moog.com (дата обращения 03.09.2020).
20. Сайт компании Turnigy. Раздел каталогов электрических двигателей [Электрон. ресурс] URL: www.turnigy.com (дата обращения 03.09.2020).
21. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. Учебник для вузов. 3-е изд., М.: Высшая школа, 2001, 327 с.
#
1. Matveev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 11, pp. 45–53.
2. Matveev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 7, pp. 41–56.
3. Matveev A., Røkke A. Power take-off for tidal turbines providing lowest cost of energy. – 10th European Wave and Tidal Energy Conference EWTEC-2013, Aalborg, Denmark, 2013.
4. ETEL website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.etel.ch (Date of appeal 02.09.2020).
5. Celeroton website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.celeroton.com (Date of appeal 03.09.2020).
6. Lim Myung-Seop, Chai Seung-Hee, Yang Jae-Sik, Hong J.P. Design and verification of 150-krpm PMSM based on experiment results of prototype. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, vol. 62, No. 12, DOI:10.1109/TIE.2015.2409804.
7. Novák M., Novák Z. Construction of high-speed permanent magnet synchronous machine. – 17th International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, Dubrovnik, Croatia, 2013.
8. Tuysuz A., Meyer F., Steichen M., Zwyssig C., Kolar J.W. Advanced Cooling Methods for High-Speed Electrical Machines. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, vol. 53, No. 3, pp. 2077–2087, DOI: 10.1109/TIA.2017.2672921.
9. Leonardo DRS website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.leonardodrs.com (Date of appeal 03.09.2020).
10. Beno J.H., Flynn M.M., Hayes R.J., et all. Design and analysis of a 20 MW propulsion power train. – Proceedings of 7th International Naval Engineering Conference and Exhibition (INEC), Amsterdam, The Netherlands, 2004, pp. 409–414.
11. Faulhaber website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.faulhaber.com (Date of appeal 03.09.2020).
12. Englebretson S., Ouyang W., Tschida C., Carr J., et all. Advanced direct-drive generator for improved availability of oscillating wave surge converter power generation systems. Final technical report. ABB Inc., Cary, NC, United States, 2017.
13. Saban D., Artinian H. Permanent-magnet motors for subsea applications, 2008, 8 р. [Electron. resource] URL: http://www.directdrivesystems.net/tech-papers (Date of appeal 02.09.2012).
14. TheSwitch website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: https://theswitch.com (Date of appeal 03.09.2020).
15. Shade N. Enormous power in a small package: Direct Drive Systems introduces high-speed motor for compression applications, CompressorTech2, Jan-Feb 2006.
16. Halodi Robotics website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.halodi.com (Date of appeal 03.09.2020).
17. Kollmorgen website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.kollmorgen.com (Date of appeal 03.09.2020).
18. Leroy Somer website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: https://acim.nidec.com/motors/leroy-somer (Date of appeal 03.09.2020).
19. Moog website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.moog.com (Date of appeal 03.09.2020).
20. Turnigy website. Catalog section of electric machines [Electron. resource] URL: www.turnigy.com (Date of appeal 03.09.2020).
21. Kopylov I.P. Matematicheskoe modelirovanie elektricheskih mashin. Ucheb. dlya vuzov, 3-e izd. (Mathematical modelling of electric machines. 3rd issue). M.: Vysshaya shkola, 2001, 327 p.
