Features of Parametric Synthesis of Inductor Generators of Axial-Radial Configuration
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-4-92-101Keywords:
inductor machines, new constructions, mathematical model, design, optimizationAbstract
New approaches to the formulation and solution of problems of parametric synthesis of electric machines of new designs with a concentrated electric and distributed magnetic system are shown. The methods of designing and synthesizing traditional electric machines were mainly focused on machines containing distributed electric stator windings with a concentrated magnetic system. A distinctive feature of generators of the axial-radial configuration is the concentrated electric windings with a distributed magnetic system. As a result, the development of methods for parametric synthesis of machines of new designs refers to the solution of urgent problems. As a result of the analysis of the design stages of new generators, a complex method of parametric synthesis has been developed. At the first stage, a mathematical model of the generator is used, on the basis of which an automated program for its calculation is developed. It implements synthesis based on an incomplete data set, in the direction from electromagnetic loads to the size of the machine. At the second stage, numerical experiments are performed using a mathematical model of the generator, with the determination of the optimization parameter. The calculation is performed according to the matrix of a full-factor experiment, compiled on the basis of the theory of planning experiments. As a result, the range of variation of electromagnetic loads is found, which is close to optimal. At the third stage, statistical processing of the results of numerical experiments, determination of significant factors, and regression analysis with the construction of an optimization model are carried out. The fourth stage is implemented using an optimization procedure based on the Box - Wilson gradient method. It allows you to find an even narrower zone of variation of significant factors, under which the optimization parameter satisfies the specified conditions. The use of complex parametric synthesis makes it possible to significantly reduce the mass of the designed electric machines of new designs in comparison with drum-type inductor machines of the same power. The presented procedure for the complex synthesis and optimization of generators with a concentrated electric and distributed magnetic system will be useful for researchers and designers who do not have sufficient experience in developing machines of such structures.References
Заблодский Н. Н., Плюгии В. Е., Петренко А. Н. Применение принципов объектно ориентированного проектирования в разработке электрических машин // Электротехника и электромеханика. 2016. № 1. С. 17-20.
Сафин А. Р., Петров Т. Н. Обзор моделей, алгоритмов, методов проектирования и оптимизации электрических машин // Вестник ПИТТУ имени академика М. С. Осмии. 2020. № 3 (16). С. 22-30.
Dan M. Automated optimization for electric machines (Multiphysics simulation by design for electrical machines, power electronics, and drives). Institute of Electrical and Electronics Engineers. Published by John Wiley & Sons, New Jersey, 2018, рр. 223-250. ISBN: 978-1-119-10344-8.
Бурков А. Ф. Краткая эволюция электрических машин до конца XIX века // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2019. Т. 1, № 4 (40). С. 11-15.
Баловнев Д. М. Методика эскизного проектирования неявнополюсных синхронных генераторов // Электричество. 2017. № 11. С 46-49.
Курилин С. П., Денисов В. Н. Особенности конструктивного исполнения и проектирования синхронных гидрогенераторов для микро-ГЭС // Вестник Московского энергетического института. 2019. № 4. С. 78-84.
Захаренко А. Б., Надкин А. К., Осикова К. С. Проектирование синхронной электрической машины с постоянными магнитами, намагниченными по схеме Хальбаха // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2020. Т. 174, № 1. С. 15-18.
Бормотов А. Б. Конструкции и методы проектирования электрических машин // Главный энергетик. 2019. № 1. С. 25-53.
Тамьярова М. В., Тихонов А. И. Методика структурно-параметрической оптимизации коллекторных машин с использованием модели магнитного поля и генетического алгоритма // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2018. № 5. С. 46-55.
Менжинский А. Б., Малашин А. Н. Методика структурно-параметрического синтеза комбинированного генератора возвратно-поступательного типа для энергоустановок робототехнических комплексов на базе свободно поршневого двигателя // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия: Физико-технические науки. 2018. Т. 63, № 2. С 229-243.
Тамьярова М. В., Летков А. А., Тихонов А. И. Подсистема параметрической генерации и анализа конечно-элементных моделей электрических машин на основе библиотеки ЕМLIB // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего. 2016. № 5 (33). С. 121-127.
Итерационные методы градиентного спуска для решения линейных уравнений / А. Б. Самохин, А. С. Самохина, А. Я. Скляр, Ю. В. Шестопалов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2019. Т. 59, № 8. С 1331-1339. DOI: 10.1134/S0044466919080143.
Судаков A. M., Чабанов Е. Л., Лоскутников В. А. Разработка метода оптимизации параметров синхронной машины при ее проектировании // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. 2016. Т. 1. С 168-171.
Татевосян А. А., Бубнов А. В. Формирование общего подхода к оптимальному проектированию высокотехнологических энергоэффективных электротехнических комплексов на основе тихоходных синхронных магнитоэлектрических машин // Омский научный вестник. 2019. № 6 (168). С. 46-51. DOI: 10.25206/1813-8225-2019-168-46-51.
Татевосян А. А. Оптимизация тихоходного синхронного генератора модульного типа и принцип реализации системы управления напряжением генератора на основе нейронной сети // Электричество. 2021. № 7. С. 61-70.
Исмагилов Ф. Р., Вавилов В. Е., Саяхов И. Ф. Обзор конструкций дисковых электромеханических преобразователей энергии для различных областей применения // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 1 (38). С 68-79.
Использование прикладной программно-информационной системы в среде разработки DELPHI для диагностирования состояния тяговых электродвигателей / А. Л. Золкин, К. А. Василенко, В. С. Тормозов, Ю. В. Скибин // Автоматизация. Современные технологии. 2021. Т. 75, № 1. С 11-15.
Калинин A. В., Хвалин А. Л. Применение метода конечных элементов в современных системах автоматизированного проектирования // Гетеромагнитная микроэлектроника. 2019. № 26. С. 41-51.
Воронин С. П., Чернышев А. Д. Математическое описание вентильного индукторного генератора с конденсаторным возбуждением // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2020. Т. 20, № 1. С. 105-115.
Ольховатов Д. В. Квазиоптимальное проектирование вентильно-индукторной электрической машины // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2020. Т. 63, № 2-3. С. 9-16.
Планирование эксперимента для выбора оптимальных значений параметров асинхронного двигателя / С. М. Тиховод, И. О. Афанасьева, Г. Н. Романиченко, В. В. Козлов // Працi Таврiйського державного агротехнологiчного унiверситету. 2019. Т. 3, № 19. С 169-175.
