Математическая модель реактивной двухполюсной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Ключевые слова:
математическая модель, схема замещения, коэффициент анизотропии, коэффициент магнитного рассеяния, коэффициент магнитной асимметрии
Аннотация
Статья посвящена математической модели реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Представлены расчеты энергетических характеристик для данной электрической машины, описание магнитного поля двухполюсной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора и математическое описание её магнитных проводимостей. Аналитические зависимости для определения продольной и поперечной составляющих магнитного поля получены на основе схемы замещения магнитной цепи машины. Введенный коэффициент магнитной асимметрии является показателем, по которому оценивается влияние крепежных выемок, а также межполюсного воздушного промежутка ротора на характеристики машины. График зависимости коэффициента магнитной асимметрии от коэффициента полюсного перекрытия ротора при анизотропии, равной 1, демонстрирует, как данные параметры влияют на качество и энергетические характеристики реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. На основе представленных данных сделано заключение, что увеличение коэффициента магнитной асимметрии ведёт к искажению синусоидальности распределения магнитной индукции и появлению высших гармоник в составе пульсаций индуктивностей фазных обмоток статора, и как следствие, к пульсациям электромагнитного момента машины.
Литература
1. Гасанова Л.Г., Мустафаев Р.И. Анализ эффективности работы асинхронной машины с короткозамкнутым ротором при скалярном частотном управлении. – Электричество, 2019, № 3, с. 46–54.
2. Самосейко В.Ф., Гельвер Ф.А. Сравнение различных типов реактивных электрических машин по энергетическим показателям. – Труды Крыловского государственного научного центра, 2015, № 89 (373), с. 201–208.
3. Гельвер Ф.А., Белоусов И.В., Самосейко В.Ф. Результаты экспериментальных исследований опытного образца реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. – Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2019, № 29, с. 148–173.
4. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
5. Saxena R. et al. Performance Analysis of Axially Laminated Anisotropic Synchronous Reluctance Motor. – 7th WSEAS International Conference on Electric Power Systems, High Voltages, Electric Machine, 2007, pp. 97–102.
6. Kolehmainen J. Synchronous Reluctance Motor with Form Blocked Rotor. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010, vol. 25 (2), pp. 450–456, DOI: 10.1109/TEC.2009.2038579.
7. Oprea C., Dziechciarz A, Martis C. Comparative Analysis of Different Synchronous Reluctance Motor Topologies. – International Conference on Environment and Electrical Engineering, 2015, DOI: 10.1109/EEEIC.2015.7165463.
8. Tahi S., Ibtiouen R., Bounekhla M. Design Optimization of Two Synchronous Reluctance Machine Structures with Maximized Torque and Power Factor. – Progress In Electromagnetics Research B, 2011, vol. 35, pp. 369–387, DOI: 10.2528/PIERB11091101.
9. Bianchi N. et al. Rotor Flux-Barrier Design for Torque Ripple Reduction in Synchronous Reluctance and PM-Assisted Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Application, 2009, 45(3), pp. 921–928, DOI: 10.1109/TIA.2009.2018960.
10. Lee J.H. et al. Characteristics Analysis and Optimum Design of Anisotropy Rotor Synchronous Reluctance Motor Using Coupled Finite Element Method and Response Surface Methodology. – IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45 (10), pp. 4696–4699, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2024877.
11. Azizi H., Vahedi A. Rotor Geometry Parameter Optimization of Synchronous Reluctance Motor Using Taguchi Method. – Przegląd Elektrotechniczny, 2013, pp. 197–201.
12. Kim K.-C. et al. A Study on the Optimal Design of SynRM for the High Torque and Power Factor. – IEEE Transactions on Magnetics, 2007, 43 (6), pp. 2543–2545, DOI: 10.1109/TMAG.2007.893302.
13. Moghaddam R.R. Theoretical and Experimental Reevaluation of Synchronous Reluctance Machine / R. R. Moghaddam, F. Magnussen, Ch. Sadarangani. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, vol. 57 (1), pp. 6–13, DOI: 10.1109/TIE.2009.2025286.
14. Самосейко В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом. СПб.: Элмор, 2007, 464 c.
15. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. M.: Юрайт, 2023, 828 с.
#
1. Gasanova L.G., Mustafaev R.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, № 3, с. 46–54.
2. Samoseyko V.F., Gel'ver F.А. Trudy Krylovskogo gosudarstvennogo nauchnogo tsentra – in Russ. (Proceedings of the Krylov State Scientific Center), 2015, No. 89 (373), pp. 201–208.
3. Gel'ver F.A., Belousov I.V., Samoseyko V.F. Vestnik PNIPU. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of PNRPU. Electrical engineering, information technology, control systems), 2019, No. 29, pp. 148–173.
4. Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1978, 832 p.
5. Saxena R. et al. Performance Analysis of Axially Laminated Anisotropic Synchronous Reluctance Motor. – 7th WSEAS International Conference on Electric Power Systems, High Voltages, Electric Machine, 2007, pp. 97–102.
6. Kolehmainen J. Synchronous Reluctance Motor with Form Blocked Rotor. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010, vol. 25 (2), pp. 450–456, DOI: 10.1109/TEC.2009.2038579.
7. Oprea C., Dziechciarz A, Martis C. Comparative Analysis of Different Synchronous Reluctance Motor Topologies. – International Conference on Environment and Electrical Engineering, 2015, DOI: 10.1109/EEEIC.2015.7165463.
8. Tahi S., Ibtiouen R., Bounekhla M. Design Optimization of Two Synchronous Reluctance Machine Structures with Maximized Torque and Power Factor. – Progress In Electromagnetics Research B, 2011, vol. 35, pp. 369–387, DOI: 10.2528/PIERB11091101.
9. Bianchi N. et al. Rotor Flux-Barrier Design for Torque Ripple Reduction in Synchronous Reluctance and PM-Assisted Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Application, 2009, 45(3), pp. 921–928, DOI: 10.1109/TIA.2009.2018960.
10. Lee J.H. et al. Characteristics Analysis and Optimum Design of Anisotropy Rotor Synchronous Reluctance Motor Using Coupled Finite Element Method and Response Surface Methodology. – IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45 (10), pp. 4696–4699, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2024877.
11. Azizi H., Vahedi A. Rotor Geometry Parameter Optimization of Synchronous Reluctance Motor Using Taguchi Method. – Przegląd Elektrotechniczny, 2013, pp. 197–201.
12. Kim K.-C. et al. A Study on the Optimal Design of SynRM for the High Torque and Power Factor. – IEEE Transactions on Magnetics, 2007, 43 (6), pp. 2543–2545, DOI: 10.1109/TMAG.2007.893302.
13. Moghaddam R.R. Theoretical and Experimental Reevaluation of Synchronous Reluctance Machine / R. R. Moghaddam, F. Magnussen, Ch. Sadarangani. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, vol. 57 (1), pp. 6–13, DOI: 10.1109/TIE.2009.2025286.
14. Samoseyko V.F. Teoreticheskie osnovy upravleniya elektro-privodom (Theoretical Foundations of Electric Drive Control). SPb.: Elmor, 2007, 464 p.
15. Kopylov I.P. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). M.: Yurayt, 2023, 828 p
2. Самосейко В.Ф., Гельвер Ф.А. Сравнение различных типов реактивных электрических машин по энергетическим показателям. – Труды Крыловского государственного научного центра, 2015, № 89 (373), с. 201–208.
3. Гельвер Ф.А., Белоусов И.В., Самосейко В.Ф. Результаты экспериментальных исследований опытного образца реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. – Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2019, № 29, с. 148–173.
4. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
5. Saxena R. et al. Performance Analysis of Axially Laminated Anisotropic Synchronous Reluctance Motor. – 7th WSEAS International Conference on Electric Power Systems, High Voltages, Electric Machine, 2007, pp. 97–102.
6. Kolehmainen J. Synchronous Reluctance Motor with Form Blocked Rotor. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010, vol. 25 (2), pp. 450–456, DOI: 10.1109/TEC.2009.2038579.
7. Oprea C., Dziechciarz A, Martis C. Comparative Analysis of Different Synchronous Reluctance Motor Topologies. – International Conference on Environment and Electrical Engineering, 2015, DOI: 10.1109/EEEIC.2015.7165463.
8. Tahi S., Ibtiouen R., Bounekhla M. Design Optimization of Two Synchronous Reluctance Machine Structures with Maximized Torque and Power Factor. – Progress In Electromagnetics Research B, 2011, vol. 35, pp. 369–387, DOI: 10.2528/PIERB11091101.
9. Bianchi N. et al. Rotor Flux-Barrier Design for Torque Ripple Reduction in Synchronous Reluctance and PM-Assisted Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Application, 2009, 45(3), pp. 921–928, DOI: 10.1109/TIA.2009.2018960.
10. Lee J.H. et al. Characteristics Analysis and Optimum Design of Anisotropy Rotor Synchronous Reluctance Motor Using Coupled Finite Element Method and Response Surface Methodology. – IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45 (10), pp. 4696–4699, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2024877.
11. Azizi H., Vahedi A. Rotor Geometry Parameter Optimization of Synchronous Reluctance Motor Using Taguchi Method. – Przegląd Elektrotechniczny, 2013, pp. 197–201.
12. Kim K.-C. et al. A Study on the Optimal Design of SynRM for the High Torque and Power Factor. – IEEE Transactions on Magnetics, 2007, 43 (6), pp. 2543–2545, DOI: 10.1109/TMAG.2007.893302.
13. Moghaddam R.R. Theoretical and Experimental Reevaluation of Synchronous Reluctance Machine / R. R. Moghaddam, F. Magnussen, Ch. Sadarangani. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, vol. 57 (1), pp. 6–13, DOI: 10.1109/TIE.2009.2025286.
14. Самосейко В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом. СПб.: Элмор, 2007, 464 c.
15. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. M.: Юрайт, 2023, 828 с.
#
1. Gasanova L.G., Mustafaev R.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, № 3, с. 46–54.
2. Samoseyko V.F., Gel'ver F.А. Trudy Krylovskogo gosudarstvennogo nauchnogo tsentra – in Russ. (Proceedings of the Krylov State Scientific Center), 2015, No. 89 (373), pp. 201–208.
3. Gel'ver F.A., Belousov I.V., Samoseyko V.F. Vestnik PNIPU. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of PNRPU. Electrical engineering, information technology, control systems), 2019, No. 29, pp. 148–173.
4. Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1978, 832 p.
5. Saxena R. et al. Performance Analysis of Axially Laminated Anisotropic Synchronous Reluctance Motor. – 7th WSEAS International Conference on Electric Power Systems, High Voltages, Electric Machine, 2007, pp. 97–102.
6. Kolehmainen J. Synchronous Reluctance Motor with Form Blocked Rotor. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010, vol. 25 (2), pp. 450–456, DOI: 10.1109/TEC.2009.2038579.
7. Oprea C., Dziechciarz A, Martis C. Comparative Analysis of Different Synchronous Reluctance Motor Topologies. – International Conference on Environment and Electrical Engineering, 2015, DOI: 10.1109/EEEIC.2015.7165463.
8. Tahi S., Ibtiouen R., Bounekhla M. Design Optimization of Two Synchronous Reluctance Machine Structures with Maximized Torque and Power Factor. – Progress In Electromagnetics Research B, 2011, vol. 35, pp. 369–387, DOI: 10.2528/PIERB11091101.
9. Bianchi N. et al. Rotor Flux-Barrier Design for Torque Ripple Reduction in Synchronous Reluctance and PM-Assisted Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Application, 2009, 45(3), pp. 921–928, DOI: 10.1109/TIA.2009.2018960.
10. Lee J.H. et al. Characteristics Analysis and Optimum Design of Anisotropy Rotor Synchronous Reluctance Motor Using Coupled Finite Element Method and Response Surface Methodology. – IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45 (10), pp. 4696–4699, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2024877.
11. Azizi H., Vahedi A. Rotor Geometry Parameter Optimization of Synchronous Reluctance Motor Using Taguchi Method. – Przegląd Elektrotechniczny, 2013, pp. 197–201.
12. Kim K.-C. et al. A Study on the Optimal Design of SynRM for the High Torque and Power Factor. – IEEE Transactions on Magnetics, 2007, 43 (6), pp. 2543–2545, DOI: 10.1109/TMAG.2007.893302.
13. Moghaddam R.R. Theoretical and Experimental Reevaluation of Synchronous Reluctance Machine / R. R. Moghaddam, F. Magnussen, Ch. Sadarangani. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, vol. 57 (1), pp. 6–13, DOI: 10.1109/TIE.2009.2025286.
14. Samoseyko V.F. Teoreticheskie osnovy upravleniya elektro-privodom (Theoretical Foundations of Electric Drive Control). SPb.: Elmor, 2007, 464 p.
15. Kopylov I.P. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). M.: Yurayt, 2023, 828 p
