Применение метода конечных элементов для расчета активного сопротивления обмоток электрических машин
Ключевые слова:
электрические машины, проводники переменного сечения, активное сопротивление, метод конечных элементов, расчет
Аннотация
Обосновывается перспективность применения инновационных электрических машин переменного тока с компактной обмоткой статора. Предложена методика расчета активных сопротивлений фаз машин, в которых прямоугольное сечение проводников обмотки статора изменяется. Применена кусочно-плоскопараллельная аппроксимация поля витков, сечение перемычек между активными и лобовыми проводниками которых уменьшено. Методика расчета базируется на уравнениях Лапласа для электростатических полей и методе конечных элементов, реализованных в среде ELCUT. Приведены результаты моделирования распределения плотности тока на участках витка с переменным сечением. Иллюстрируется применение методики поэтапного определения активного сопротивления фазы обмотки инновационной электрической машины. Обмотка выполнена из прямоугольного провода с циклически изменяющимся по длине провода сечением. Рассмотрена необходимость учета влияния неравномерного растекания тока в витках с изменяющимся сечением при расчете электрических машин с различными значениями соотношения длины и диаметра сердечника. Приведен пример оценки погрешностей при расчете активных сопротивлений фаз предлагаемой обмотки.
Литература
1. Ставинский А.А., Авдеева Е.А., Пальчиков О.О., Ставинский Р.А. Обобщенный метод структурно-параметрического синтеза электромагнитных систем электрических машин и индукционных аппаратов. Ч. 2. Результаты сравнительного анализа основных вариантов электромагнитной системы асинхронного короткозамкнутого двигателя. — Электричество, 2017, № 5, с. 18-27.
2. Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергоэффективные асинхронные двигатели с медной обмоткой ротора, отлитой под давлением (обзор зарубежных публикаций). — Электричество, 2014, № 8, с. 56—61.
3. Грачев П.Ю., Беспалов В.Я., Табачинский А.С., Стрижакова Е.В. Энергоэффективные асинхронные машины с нетрадиционным электромагнитным ядром. — Электротехника, 2018, № 2, с. 7—12.
4. Ishigami T., Tanaka Y., Nomma H. Motor stator with thick rectangular wire lap winding for HEVs. — IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, iss. 4, 2015, pp. 2917—2923.
5. Беспалов В.Я., Красовский А.Б., Панихин М.В., Фисенко В.Г. Исследование многополюсного асинхронного тягового частотно-регулируемого двигателя. — Наука и образование: научное изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 5, c. 295—307.
6. Ганджа С.А., Киесш И.Е. Электротрансмиссия транспортных средств на базе вентильных машин комбинированного возбуждения. — Электричество, 2016, № 2, c. 52—57.
7. Patzak A., BachheibI F., Baumgardt A., Dajaku G. et al. ISCAD Electric High Performance Drive for Individual Mobility at ExtraLow Voltages. SAE Int. J. Alt. Power. 5(1):148156, 2016, D0I:10.4271/2016011179.
8. Grachev P.Y., Bazarov A.A., Tabachinskiy A.S. Variable cross-section windings for efficiency improvement of electric machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Сер. «International Conference «Actual Problem of Electromechanics and Electrotechnology», 2018, С 012004.
9. Грачев П.Ю., Горбачев Е.Е., Макаров Д.В. Энергоэффективные электрические машины с компактными лобовыми частями обмоток. — Известия вузов. — Электромеханика, 2014, № 5, с. 47—51.
10. Герасименко Т.Н., Поляков П.А. Особенности распределений температуры в плоских проводниках различной конфигурации. — Известия РАН. Сер. Физическая, 2018, т. 82, № 2, с. 237—243.
11. Макаричев Ю.А., Зубков Ю.В., Ануфриев А.С., Певчев В.П. Математическая модель синхронного генератора ветроэнергетической установки малой мощности. — Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки, 2017, № 3 (55), с. 66—74.
12. Богуславский И.З., Кручинина И.Ю., Любимцев А.С., Штайнле Л.Ю. Метод расчета нелинейных искажений электродвижущей силы явнополюсного генератора. — Электричество, 2017, № 2, с. 27—32.
13. Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Сравнение методов расчета потерь в стали вентильно-индукторных двигателей. — Электричество, 2016, № 6, с. 41—46.
14. Грачев П.Ю., Табачинский А.С. Метод кусочноплоскопараллельной аппроксимации поля витка с током в приложении к электромеханике. — Математические методы в технике и технологиях, 2016, № 12 (94), с. 305—307.
#
1. Stavinsky A.A. Avdeyeva Ye.A., Pal’chikov O.O., Stavinsky R.A. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 5, pp. 18—27.
2. Shumov Yu.N., Safonov A.S. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2014, No. 8, pp. 56—61.
3. Grachev P.Yu., Bespalov V.Ya., Tabachinsky A.S., Strizhakova Ye.V. Elektrotekhnika — in Russ. (Electrical Engineering), 2018, No. 2, pp. 7-12.
4. Ishigami T., Tanaka Y., Nomma H. Motor stator with thick rectangular wire lap winding for HEVs. — IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, iss. 4, 2015, pp. 2917—2923.
5. Bespalov V.Ya., Krasovsky A.B., Panikhin M.V., Fisenko V.G. Nauka i obrazovaniye: nauchnoe izd. MGTU im. N.E. Baumana — in Russ. (Science and Education: scientific publ. of MGTU named N.E. Bauman), 2014, No. 5, pp. 295—307.
6. Gandzha S.A., Kuyessh I.Ye. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2016, No. 2, pp. 52—57.
7. Patzak A., Bachheibl F., Baumgardt A., Dajaku G. et al. ISCAD Electric High Performance Drive for Individual Mobility at ExtraLow Voltages. SAE Int. J. Alt. Power. 5(1):148156, 2016, D0I:10.4271/2016011179.
8. Grachev P.Y., Bazarov A.A., Tabachinsky A.S. Variable cross-section windings for efficiency improvement of electric machines. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Сер. «International Conf. «Actual Problem of Electromechanics and Electrotechnology», 2018, pp. 012004.
9. Grachev P.Yu., Gorbachev Ye.Ye., Makarov D.V. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika — in Russ. (News of higher educational establishments. Electromechanics), 2014, No. 5, pp. 47—51.
10. Gerasimenko T.N., Polyakov P.A. Izvestiya RAN. Ser. Fizicheskaya — in Russ. (News of RAS. Ser. Physical), 2018, vol. 82, No. 2, pp. 237—243.
11. Makarichev Yu.A., Zubkov Yu.V., Anufriyev A.S., Pevchev V.P. Vestnik Samarskogo gos. tekhn. universiteta. Tekhnicheskiye nauki — in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Technical sciences), 2017, No. 3 (55), pp. 66—74.
12. Boguslavsky I.Z., Kruchinina I.Yu., Lyubimtsev A.S., Shtainle L.Yu. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 2, pp. 27—32.
13. Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2016, No. 6, pp. 41—46.
14. Grachev P.Yu., Tabachinsky A.S. Matematicheskiye metody v tekhnike i tekhnologiyakh — in Russ. (Mathematical methods in technique and technologies), 2016, No. 12 (94), pp. 305—307.
2. Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергоэффективные асинхронные двигатели с медной обмоткой ротора, отлитой под давлением (обзор зарубежных публикаций). — Электричество, 2014, № 8, с. 56—61.
3. Грачев П.Ю., Беспалов В.Я., Табачинский А.С., Стрижакова Е.В. Энергоэффективные асинхронные машины с нетрадиционным электромагнитным ядром. — Электротехника, 2018, № 2, с. 7—12.
4. Ishigami T., Tanaka Y., Nomma H. Motor stator with thick rectangular wire lap winding for HEVs. — IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, iss. 4, 2015, pp. 2917—2923.
5. Беспалов В.Я., Красовский А.Б., Панихин М.В., Фисенко В.Г. Исследование многополюсного асинхронного тягового частотно-регулируемого двигателя. — Наука и образование: научное изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 5, c. 295—307.
6. Ганджа С.А., Киесш И.Е. Электротрансмиссия транспортных средств на базе вентильных машин комбинированного возбуждения. — Электричество, 2016, № 2, c. 52—57.
7. Patzak A., BachheibI F., Baumgardt A., Dajaku G. et al. ISCAD Electric High Performance Drive for Individual Mobility at ExtraLow Voltages. SAE Int. J. Alt. Power. 5(1):148156, 2016, D0I:10.4271/2016011179.
8. Grachev P.Y., Bazarov A.A., Tabachinskiy A.S. Variable cross-section windings for efficiency improvement of electric machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Сер. «International Conference «Actual Problem of Electromechanics and Electrotechnology», 2018, С 012004.
9. Грачев П.Ю., Горбачев Е.Е., Макаров Д.В. Энергоэффективные электрические машины с компактными лобовыми частями обмоток. — Известия вузов. — Электромеханика, 2014, № 5, с. 47—51.
10. Герасименко Т.Н., Поляков П.А. Особенности распределений температуры в плоских проводниках различной конфигурации. — Известия РАН. Сер. Физическая, 2018, т. 82, № 2, с. 237—243.
11. Макаричев Ю.А., Зубков Ю.В., Ануфриев А.С., Певчев В.П. Математическая модель синхронного генератора ветроэнергетической установки малой мощности. — Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки, 2017, № 3 (55), с. 66—74.
12. Богуславский И.З., Кручинина И.Ю., Любимцев А.С., Штайнле Л.Ю. Метод расчета нелинейных искажений электродвижущей силы явнополюсного генератора. — Электричество, 2017, № 2, с. 27—32.
13. Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Сравнение методов расчета потерь в стали вентильно-индукторных двигателей. — Электричество, 2016, № 6, с. 41—46.
14. Грачев П.Ю., Табачинский А.С. Метод кусочноплоскопараллельной аппроксимации поля витка с током в приложении к электромеханике. — Математические методы в технике и технологиях, 2016, № 12 (94), с. 305—307.
#
1. Stavinsky A.A. Avdeyeva Ye.A., Pal’chikov O.O., Stavinsky R.A. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 5, pp. 18—27.
2. Shumov Yu.N., Safonov A.S. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2014, No. 8, pp. 56—61.
3. Grachev P.Yu., Bespalov V.Ya., Tabachinsky A.S., Strizhakova Ye.V. Elektrotekhnika — in Russ. (Electrical Engineering), 2018, No. 2, pp. 7-12.
4. Ishigami T., Tanaka Y., Nomma H. Motor stator with thick rectangular wire lap winding for HEVs. — IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, iss. 4, 2015, pp. 2917—2923.
5. Bespalov V.Ya., Krasovsky A.B., Panikhin M.V., Fisenko V.G. Nauka i obrazovaniye: nauchnoe izd. MGTU im. N.E. Baumana — in Russ. (Science and Education: scientific publ. of MGTU named N.E. Bauman), 2014, No. 5, pp. 295—307.
6. Gandzha S.A., Kuyessh I.Ye. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2016, No. 2, pp. 52—57.
7. Patzak A., Bachheibl F., Baumgardt A., Dajaku G. et al. ISCAD Electric High Performance Drive for Individual Mobility at ExtraLow Voltages. SAE Int. J. Alt. Power. 5(1):148156, 2016, D0I:10.4271/2016011179.
8. Grachev P.Y., Bazarov A.A., Tabachinsky A.S. Variable cross-section windings for efficiency improvement of electric machines. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Сер. «International Conf. «Actual Problem of Electromechanics and Electrotechnology», 2018, pp. 012004.
9. Grachev P.Yu., Gorbachev Ye.Ye., Makarov D.V. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika — in Russ. (News of higher educational establishments. Electromechanics), 2014, No. 5, pp. 47—51.
10. Gerasimenko T.N., Polyakov P.A. Izvestiya RAN. Ser. Fizicheskaya — in Russ. (News of RAS. Ser. Physical), 2018, vol. 82, No. 2, pp. 237—243.
11. Makarichev Yu.A., Zubkov Yu.V., Anufriyev A.S., Pevchev V.P. Vestnik Samarskogo gos. tekhn. universiteta. Tekhnicheskiye nauki — in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Technical sciences), 2017, No. 3 (55), pp. 66—74.
12. Boguslavsky I.Z., Kruchinina I.Yu., Lyubimtsev A.S., Shtainle L.Yu. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 2, pp. 27—32.
13. Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2016, No. 6, pp. 41—46.
14. Grachev P.Yu., Tabachinsky A.S. Matematicheskiye metody v tekhnike i tekhnologiyakh — in Russ. (Mathematical methods in technique and technologies), 2016, No. 12 (94), pp. 305—307.
