Исследование пульсаций магнитного потока авиационного генератора с массивным ротором с шихтованным бандажом
Ключевые слова:
авиационный генератор, массивный ротор, шихтованный бандаж, пульсации магнитного потока
Аннотация
Максимальная мощность авиационных генераторов непрерывно возрастает и достигает сотен кВ•А. Вместе с мощностью увеличиваются их масса и размеры, для снижения которых генераторы проектируются на предельно допустимые частоты вращения (16000 об/мин и выше). Активные зоны выполняются шихтованными, а массивный вал обеспечивает минимально допустимый прогиб ротора. Диаметры ротора и вала ограничивают пространство для размещения обмоток возбуждения, поэтому генераторы выполняются с малым рабочим зазором. При этом поверхностные потери ротора, обусловленные пульсациями магнитного потока при шихтованном роторе, невелики. Пульсации магнитного потока препятствуют применению авиационных генераторов с массивным ротором, имеющим более высокую механическую прочность, чем шихтованный. Применение шихтованного бандажа из градиентного материала позволяет снизить эти пульсации, вызывающие поверхностные потери в массивном роторе. В статье приведены результаты исследования влияния бандажа на пульсации магнитного потока, обусловленные зубцовыми и высшими гармоническими токов якоря. Шихтованный бандаж небольшой толщины позволяет снизить или устранить эти пульсации. Использование массивного ротора с шихтованным бандажом позволит увеличить предельную мощность генератора.
Литература
1. Левин А.В. и др. Электрический самолёт: Концепция и технологии. Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2014, 388 с.
2. ГОСТ Р 54073-2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. М.: Стандартинформ, 2018, 39 с.
3. Ismagilov F.R., Vavilov V.E., Gusakov D.V. Design Features of Liquid-Cooled Aviation Starter Generators. – IEEE International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles and International Transportation Electrification Conference (ESARS-ITEC), 2019, DOI: 10.1109/ESARS-ITEC.2018.8607493.
4. Madonna V., Giangrande P., Galea M. Electrical Power Generation in Aircraft: Review, Challenges, and Opportunities. – IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2018, vol. 4, No. 3, pp. 646–659, DOI: 10.1109/TTE.2018.2834142.
5. Solomon D.G. et al. A Review on Methods to Reduce Weight and to Increase Efficiency of Electric Motors Using Lightweight Materials, Novel Manufacturing Processes, Magnetic Materials and Cooling Methods. – Annales de Chimie: Science des Materiaux, 2020, 44(1), DOI: 10.18280/acsm.440101.
6. Зубков Ю.В., Иванников Ю.Н. Оценка механических напряжений ротора и электромагнитных показателей электрической машины с постоянными магнитами. – Электричество, 2023, № 5, с. 62–71.
7. Koch S.-F., Peter M., Fleischer J. Lightweight Design and Manufacturing of Composites for High-Performance Electric Motors. – 1st Cirp Conference on Composite Material Parts Manufacturing, CIRP-CCMPM, 2017, pp. 283–288, DOI:10.1016/j.procir.2017.03.274.
8. Tseng G.-M. et al. Application of Additive Manufacturing for Low Torque Ripple of 6/4 Switched Reluctance Motor. – 19th International Conference on Electrical Machines and Systems, Chiba, Japan, 2016.
9. Лисовин И.Г. и др. Обзор дополнительных технологий и процессов при электрификации авиационного двигателя. – Проблемы машиностроения и автоматизации, 2022, № 4, с. 57–70.
10. Кашин М.Я., Князев А.С., Широков А.А. Авиационные ветроэнергетические комплексы: современное состояние и перспективы развития. Краснодар: КВВАУЛ, 2021, 245 с.
11. Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин / под ред. А.Ф. Федосеева. М.: Энергоиздат, 1982, 319 с.
12. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982, 272 с.
13. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
14. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1980, 496 с.
15. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов. Т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. М.: Изд-во МЭИ, 2005, 568 c.
16. Кузьмичев Р.В. и др. Авиационные генераторы повышенной мощности. – Вестник МАИ, 2011, т. 18, № 6, с. 39–46.
17. Зечихин Б.С., Журавлев С.В., Мисютин Р.Ю. Авиационные генераторы с постоянными магнитами. – Электричество, 2018, № 6, с.49–59.
18. Хуторецкий Г.М., Токов М.И., Толвинская Е.В. Проектирование турбогенераторов. Л.: Энергоатомиздат, 1987, 256 с.
19. Пат. RU2759181C1. Неявнополюсный и явнополюсный массивные роторы электрической машины со слоем шихтованного градиентного материала / С.В. Журавлев и др., 2021.
20. Zechihin B.S. et al. Investigation of the Mechaniсal Strength of a Magnetic*Non*Magnetic Sleeve of Permanent Magnet Generator. – ICOECS, Ufa, 2019, DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8950000.
#
1. Levin А.V. et al. Elektricheskiy samolyot: Koncepciya i tekh-nologii (Electric Aircraft: Concept and Technology). Ufa: Ufimskij gosudarstvennyj aviacionnyj tekhnicheskij universitet, 2014, 388 p.
2. GОSТ R 54073-2017. Sistemy elektrosnabzheniya samoletov i vertoletov. Obshchie trebovaniya i normy kachestva elektroenergii (Electric power supply systems of airplanes and helicopters. General requirements and norms of electric energy quality). M.: Standartinform, 2018, 39 p.
3. Ismagilov F.R., Vavilov V.E., Gusakov D.V. Design Features of Liquid-Cooled Aviation Starter Generators. – IEEE International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles and International Transportation Electrification Conference (ESARS-ITEC), 2019, DOI: 10.1109/ESARS-ITEC.2018.8607493.
4. Madonna V., Giangrande P., Galea M. Electrical Power Generation in Aircraft: Review, Challenges, and Opportunities. – IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2018, vol. 4, No. 3, pp. 646–659, DOI: 10.1109/TTE.2018.2834142.
5. Solomon D.G. et al. A Review on Methods to Reduce Weight and to Increase Efficiency of Electric Motors Using Lightweight Materials, Novel Manufacturing Processes, Magnetic Materials and Cooling Methods. – Annales de Chimie: Science des Materiaux, 2020, 44(1), DOI: 10.18280/acsm.440101.
6. Zubkov Yu.V., Ivannikov Yu.N. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 5, pp. 62–71.
7. Koch S.-F., Peter M., Fleischer J. Lightweight Design and Manufacturing of Composites for High-Performance Electric Motors. – 1st Cirp Conference on Composite Material Parts Manufacturing, CIRP-CCMPM, 2017, pp. 283–288, DOI:10.1016/j.procir.2017.03.274.
8. Tseng G.-M. et al. Application of Additive Manufacturing for Low Torque Ripple of 6/4 Switched Reluctance Motor. – 19th International Conference on Electrical Machines and Systems, Chiba, Japan, 2016.
9. Lisovin I.G. et al. Problemy mashinostroeniya i avtomatizacii – in Russ. (Problems of Mechanical Engineering and Automation), 2022, No. 4, pp. 57–70.
10. Kashin M.Ya., Knyazev A.S., Shirokov A.A. Aviacionnye vetroenergeticheskie kompleksy: sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya (Aviation Wind Power Complexes: Current State and Development Prospects). Krasnodar: KVVAUL, 2021, 245 p.
11. Pospelov L.I. Konstrukcii aviacionnyh elektricheskih mashin (Designs of Aviation Electric Machines) / Ed. by A.F. Fedoseev. M.: Energoizdat, 1982, 319 p.
12. Balagurov V.A. Proektirovanie spetsial'nyh elektricheskih mashin peremennogo toka (Design of AC Special Electric Machines). M.: Vysshaya shkola, 1982, 272 p.
13. Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1978, 832 p.
14. Kopylov I.P. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). M.: Energiya, 1980, 496 p.
15. Gruzkov S.A. Elektrooborudovanie letatel'nyh apparatov. T. 1. Sistemy elektrosnabzheniya letatel'nyh apparatov (Electrical Equipment of Aircraft. Vol. 1. Power Supply Systems of Aircraft). M.: Izd-vo MEI, 2005, 568 p.
16. Kuz'michev R.V. et al. Vestnik MAI – in Russ. (MAI Bulletin), 2011, vol. 18, No. 6, pp. 39–46.
17. Zechihin B.S., Zhuravlev S.V., Misyutin R.Yu. Elektrichest-vo – in Russ. (Electricity), 2018, No. 6, pp.49–59.
18. Hutoreckij G.M., Tokov M.I., Tolvinskaya E.V. Proektirovanie turbogeneratorov (Design of Turbo Generators). L.: Ener-goatomizdat, 1987, 256 p.
19. Pаt. RU2759181C1. Neyavnopolyusnyj i yavnopolyusnyj massivnye rotory elektricheskoj mashiny so sloem shihtovannogo gradientnogo materiala (Implicit-Pole and Explicit-Pole Massive Rotors of an Electric Machine with a Layer of Charged Gradient Material) / S.V. Zhuravlev et al., 2021.
20. Zechihin B.S. et al. Investigation of the Mechaniсal Strength of a Magnetic*Non*Magnetic Sleeve of Permanent Magnet Generator. – ICOECS, Ufa, 2019, DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8950000
2. ГОСТ Р 54073-2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. М.: Стандартинформ, 2018, 39 с.
3. Ismagilov F.R., Vavilov V.E., Gusakov D.V. Design Features of Liquid-Cooled Aviation Starter Generators. – IEEE International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles and International Transportation Electrification Conference (ESARS-ITEC), 2019, DOI: 10.1109/ESARS-ITEC.2018.8607493.
4. Madonna V., Giangrande P., Galea M. Electrical Power Generation in Aircraft: Review, Challenges, and Opportunities. – IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2018, vol. 4, No. 3, pp. 646–659, DOI: 10.1109/TTE.2018.2834142.
5. Solomon D.G. et al. A Review on Methods to Reduce Weight and to Increase Efficiency of Electric Motors Using Lightweight Materials, Novel Manufacturing Processes, Magnetic Materials and Cooling Methods. – Annales de Chimie: Science des Materiaux, 2020, 44(1), DOI: 10.18280/acsm.440101.
6. Зубков Ю.В., Иванников Ю.Н. Оценка механических напряжений ротора и электромагнитных показателей электрической машины с постоянными магнитами. – Электричество, 2023, № 5, с. 62–71.
7. Koch S.-F., Peter M., Fleischer J. Lightweight Design and Manufacturing of Composites for High-Performance Electric Motors. – 1st Cirp Conference on Composite Material Parts Manufacturing, CIRP-CCMPM, 2017, pp. 283–288, DOI:10.1016/j.procir.2017.03.274.
8. Tseng G.-M. et al. Application of Additive Manufacturing for Low Torque Ripple of 6/4 Switched Reluctance Motor. – 19th International Conference on Electrical Machines and Systems, Chiba, Japan, 2016.
9. Лисовин И.Г. и др. Обзор дополнительных технологий и процессов при электрификации авиационного двигателя. – Проблемы машиностроения и автоматизации, 2022, № 4, с. 57–70.
10. Кашин М.Я., Князев А.С., Широков А.А. Авиационные ветроэнергетические комплексы: современное состояние и перспективы развития. Краснодар: КВВАУЛ, 2021, 245 с.
11. Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин / под ред. А.Ф. Федосеева. М.: Энергоиздат, 1982, 319 с.
12. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982, 272 с.
13. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
14. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1980, 496 с.
15. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов. Т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. М.: Изд-во МЭИ, 2005, 568 c.
16. Кузьмичев Р.В. и др. Авиационные генераторы повышенной мощности. – Вестник МАИ, 2011, т. 18, № 6, с. 39–46.
17. Зечихин Б.С., Журавлев С.В., Мисютин Р.Ю. Авиационные генераторы с постоянными магнитами. – Электричество, 2018, № 6, с.49–59.
18. Хуторецкий Г.М., Токов М.И., Толвинская Е.В. Проектирование турбогенераторов. Л.: Энергоатомиздат, 1987, 256 с.
19. Пат. RU2759181C1. Неявнополюсный и явнополюсный массивные роторы электрической машины со слоем шихтованного градиентного материала / С.В. Журавлев и др., 2021.
20. Zechihin B.S. et al. Investigation of the Mechaniсal Strength of a Magnetic*Non*Magnetic Sleeve of Permanent Magnet Generator. – ICOECS, Ufa, 2019, DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8950000.
#
1. Levin А.V. et al. Elektricheskiy samolyot: Koncepciya i tekh-nologii (Electric Aircraft: Concept and Technology). Ufa: Ufimskij gosudarstvennyj aviacionnyj tekhnicheskij universitet, 2014, 388 p.
2. GОSТ R 54073-2017. Sistemy elektrosnabzheniya samoletov i vertoletov. Obshchie trebovaniya i normy kachestva elektroenergii (Electric power supply systems of airplanes and helicopters. General requirements and norms of electric energy quality). M.: Standartinform, 2018, 39 p.
3. Ismagilov F.R., Vavilov V.E., Gusakov D.V. Design Features of Liquid-Cooled Aviation Starter Generators. – IEEE International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles and International Transportation Electrification Conference (ESARS-ITEC), 2019, DOI: 10.1109/ESARS-ITEC.2018.8607493.
4. Madonna V., Giangrande P., Galea M. Electrical Power Generation in Aircraft: Review, Challenges, and Opportunities. – IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2018, vol. 4, No. 3, pp. 646–659, DOI: 10.1109/TTE.2018.2834142.
5. Solomon D.G. et al. A Review on Methods to Reduce Weight and to Increase Efficiency of Electric Motors Using Lightweight Materials, Novel Manufacturing Processes, Magnetic Materials and Cooling Methods. – Annales de Chimie: Science des Materiaux, 2020, 44(1), DOI: 10.18280/acsm.440101.
6. Zubkov Yu.V., Ivannikov Yu.N. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 5, pp. 62–71.
7. Koch S.-F., Peter M., Fleischer J. Lightweight Design and Manufacturing of Composites for High-Performance Electric Motors. – 1st Cirp Conference on Composite Material Parts Manufacturing, CIRP-CCMPM, 2017, pp. 283–288, DOI:10.1016/j.procir.2017.03.274.
8. Tseng G.-M. et al. Application of Additive Manufacturing for Low Torque Ripple of 6/4 Switched Reluctance Motor. – 19th International Conference on Electrical Machines and Systems, Chiba, Japan, 2016.
9. Lisovin I.G. et al. Problemy mashinostroeniya i avtomatizacii – in Russ. (Problems of Mechanical Engineering and Automation), 2022, No. 4, pp. 57–70.
10. Kashin M.Ya., Knyazev A.S., Shirokov A.A. Aviacionnye vetroenergeticheskie kompleksy: sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya (Aviation Wind Power Complexes: Current State and Development Prospects). Krasnodar: KVVAUL, 2021, 245 p.
11. Pospelov L.I. Konstrukcii aviacionnyh elektricheskih mashin (Designs of Aviation Electric Machines) / Ed. by A.F. Fedoseev. M.: Energoizdat, 1982, 319 p.
12. Balagurov V.A. Proektirovanie spetsial'nyh elektricheskih mashin peremennogo toka (Design of AC Special Electric Machines). M.: Vysshaya shkola, 1982, 272 p.
13. Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1978, 832 p.
14. Kopylov I.P. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). M.: Energiya, 1980, 496 p.
15. Gruzkov S.A. Elektrooborudovanie letatel'nyh apparatov. T. 1. Sistemy elektrosnabzheniya letatel'nyh apparatov (Electrical Equipment of Aircraft. Vol. 1. Power Supply Systems of Aircraft). M.: Izd-vo MEI, 2005, 568 p.
16. Kuz'michev R.V. et al. Vestnik MAI – in Russ. (MAI Bulletin), 2011, vol. 18, No. 6, pp. 39–46.
17. Zechihin B.S., Zhuravlev S.V., Misyutin R.Yu. Elektrichest-vo – in Russ. (Electricity), 2018, No. 6, pp.49–59.
18. Hutoreckij G.M., Tokov M.I., Tolvinskaya E.V. Proektirovanie turbogeneratorov (Design of Turbo Generators). L.: Ener-goatomizdat, 1987, 256 p.
19. Pаt. RU2759181C1. Neyavnopolyusnyj i yavnopolyusnyj massivnye rotory elektricheskoj mashiny so sloem shihtovannogo gradientnogo materiala (Implicit-Pole and Explicit-Pole Massive Rotors of an Electric Machine with a Layer of Charged Gradient Material) / S.V. Zhuravlev et al., 2021.
20. Zechihin B.S. et al. Investigation of the Mechaniсal Strength of a Magnetic*Non*Magnetic Sleeve of Permanent Magnet Generator. – ICOECS, Ufa, 2019, DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8950000
