Русская версия English version

Технология моделирования в Simulink динамических режимов работы электрических машин с использованием библиотеки полевых расчетов

А.И. Тихонов, А.В. Гусенков, Ю.В. Тамьярова, А.В. Подобный

Вестник ИГЭУ, 2016 г. выпуск 6, сс. 57—65

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса:  Моделирование динамики электрических машин осуществляется обычно с использованием электрических схем замещения с сосредоточенными параметрами. Наиболее популярным для этих целей является пакет MatLab Simulink. Общим недостатком цепных моделей электрических машин является то, что они не учитывают нетрадиционных особенностей их конструкции, которые можно учесть только при решении задачи в полевой постановке. При этом время расчета полевых динамических моделей на несколько порядков больше времени расчета цепных моделей. В настоящее время не существует технологии моделирования, позволяющей использовать быстродействующие полевые динамические модели в таких имитационных пакетах, как Simulink. В связи с этим актуальной является задача разработки динамических моделей электрических машин, в которых точность и универсальностью полевых моделей сочетается с быстродействием цепных моделей.

Материалы и методы: Для расчета магнитного поля использована библиотека конечно-элементного моделирования EMLib, результаты серии расчетов магнитного поля аппроксимированы многомерными сплайнами с использованием пакета MatLab, для построения цепной модели электрической машины использован Simulink.  

Результаты: Предложена технология организации вычислительного эксперимента, отличающаяся от известных использованием в цепных моделях аппроксимации результатов предварительной серии полевых расчетов при моделирования динамических режимов электромеханических устройств и обеспечивающая за счет этого сокращение времени интегрирования на два-три порядка при сохранении точности, обеспечиваемой полевыми моделями, что позволяет использовать полевые динамические модели при имитации работы электромеханических устройств в моделях систем управления электроприводами.

Выводы: Достоверность результатов, полученных с применением новой технологии, подтверждается ее использованием при решении задачи моделирования пуска двигателей постоянного тока, в том числе, нетрадиционной конструкции. По сравнению с аналогичной задачей, решаемой с помощью известных CAE-систем, получено сокращение времени на три порядка. Предложенная технология может использоваться при проектировании электрических машин и систем управления электроприводами. Развитие данной технологии предполагается в направлении создания быстродействующих полевых динамических моделей всех типов электрических машин.

Ключевые слова: метод конечных элементов, расчет магнитного поля, полевая динамическая модель электрической машины, моделирование электрических машин в среде Simulink.

Список литературы на русском языке: 
  1. Дьяконов В.П. MatLab 6/5 SP1 / 7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. Серия «Библиотека профессионала». – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 576 с.
  2. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с.
  3. Клявин А. ANSYS, Inc.: современные методы моделирования электромагнитного поля // САПР и графика. – 2011. – Вып. 6. – С. 52–55.
  4. Жуков С.В., Караулов В.Н. Полевые расчеты гибридного шагового двигателя методом конечных элементов в ANSYS Maxwell: материалы Х Междунар. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых «Энергия – 2015». Т. 4 / Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2015. – С. 64–68.
  5. ElCut. Моделирование электромагнитных, тепловых и упругих полей методом конечных элементов: руководство пользователя. Версия 6.2. – СПб.: ООО «Тор», 2016. – 292 с.
  6. Балагуров И.А., Казаков Ю.Б. Расчет и анализ электромагнитных сил в торцевом вентильном двигателе: материалы IХ Междунар. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых «Энергия – 2014». Т. 4 / Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2015. – С. 122–124.
  7. Свид. 2011614852 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Платформонезависимая библиотека конечно-элементного моделирования магнитного поля / А.И. Тихонов, Л.Н. Булатов; заяв. № 2011613040; приоритет  от 28.04.2011; зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 22.06.2011. – М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2011.
  8. Шмелев А.С., Пайков И.А., Булатов Л.Н. Методика организации численного исследования электротехнических устройств с использованием библиотеки конечно-элементного моделирования магнитного поля // Вестник ИГЭУ. – 2014. – Вып. 1. – С. 55–61.
  9. Иванов-Смоленский А.В., Кузнецов В.А., Хвостов В.А. Применение метода проводимостей зубцовых контуров к расчету магнитного поля и потокосцепления насыщенной электрической машины с учетом двусторонней зубчатости сердечников // Изв. вузов. Электромеханика. – 1977. – № 7. – С. 771–783.
  10. Булатов Л.Н., Тихонов А.И. Разработка динамической модели асинхронной машины с использованием результатов конечно-элементного расчета // Вестник ИГЭУ. – 2012. – Вып. 4. – С. 32–34.
Ключевые слова на русском языке: 
метод конечных элементов, расчет магнитного поля, полевая динамическая модель электрической машины, моделирование электрических машин в среде Simulink
Ключевые слова на английском языке: 
finite element method, calculation of magnetic field, field dynamic model of an electric machine, simulation of electric machines in Simulink environment
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2016.6.057-065
Количество скачиваний: 
28