Особенности параметрического синтеза индукторных генераторов аксиально-радиальной конфигурации

Николай Михайлович Шайтор; Александр Владимирович Горпинченко

doi:10.22213/2413-1172-2021-4-92-101

Авторы

Н. М. Шайтор Севастопольский государственный университет
А. В. Горпинченко Севастопольский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-4-92-101

Ключевые слова:

индукторные машины, новые конструкции, математическая модель, проектирование, оптимизация

Аннотация

Показаны новые подходы к постановке и решению задач параметрического синтеза электрических машин новых конструкций с сосредоточенной электрической и распределенной магнитной системой. Методы проектирования и синтеза традиционных электрических машин в основном были сориентированы на машины, содержащие распределенные электрические обмотки статора при сосредоточенной магнитной системе. Отличительным признаком генераторов аксиально-радиальной конфигурации являются сосредоточенные электрические обмотки при распределенной магнитной системе. Вследствие этого разработка методов параметрического синтеза машин новых конструкций относится к решению актуальных проблем. В результате анализа этапов проектирования новых генераторов разработан комплексный метод параметрического синтеза. На первом этапе используется математическая модель генератора, на основе которой разработана автоматизированная программа его расчета. Она реализует синтез по неполному набору данных в направлении от электромагнитных нагрузок к размерам машины. На втором этапе производятся численные эксперименты с помощью математической модели генератора с определением параметра оптимизации. Расчет производится согласно матрице полнофакторного эксперимента, составленной на основе теории планирования экспериментов. В результате этого находится область варьирования электромагнитных нагрузок, которая близка к оптимальной. На третьем этапе осуществляется статистическая обработка результатов численных экспериментов, определение значащих факторов, регрессионный анализ с построением модели оптимизации. Четвертый этап реализован с помощью оптимизационной процедуры, построенной на основе градиентного метода Бокса - Уилсона, позволяющего найти еще более узкую зону варьирования значащих факторов, при которых параметр оптимизации удовлетворяет заданным условиям. Применение комплексного параметрического синтеза позволяет существенно снизить массы проектируемых электрических машин новых конструкций по сравнению с индукторными машинами барабанного типа одинаковой мощности. Представленная процедура комплексного синтеза и оптимизации генераторов с сосредоточенной электрической и распределенной магнитной системой будет полезна исследователям и проектировщикам, не имеющим достаточного опыта в разработке машин таких конструкций.

Биографии авторов

Н. М. Шайтор, Севастопольский государственный университет

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры возобновляемых источников энергии и электрических систем и сетей Института ядерной энергии и промышленности

А. В. Горпинченко, Севастопольский государственный университет

кандидат технических наук, доцент кафедры возобновляемых источников энергии и электрических систем и сетей Института ядерной энергии и промышленности

Библиографические ссылки

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.