Параметрическая модель синхронного реактивного двигателя с TLA-ротором в установившихся и переходных режимах
В.Н. Караулов, А.Ф. Доржинкевич
Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 4, сс. 46—53
Скачать PDF
Состояние вопроса. Имеется значительный практический и научный интерес к синхронным реактивным двигателям с TLA-ротором. Сердечник TLA-ротора имеет поперечную шихтовку, внутренние пазы и сильно насыщенные участки. Конфигурация пазов ротора сложная и разнообразная. Актуальной является задача разработки параметрической модели синхронного реактивного двигателя с TLA-ротором, предназначенной для расчета установившихся и переходных режимов работы двигателя.
Материалы и методы. Использована классическая параметрическая модель синхронного реактивного двигателя, основанная на теории двух реакций. Представленный метод расчета параметров модели синхронного реактивного двигателя с TLA-ротором основан на результатах полевого расчета двух статических состояний магнитного поля. Расчеты установившихся режимов синхронного реактивного двигателя выполнены согласно инженерным формулам, которые получены из уравнения равновесия напряжений в фазе статора. Для расчета переходных режимов синхронного реактивного двигателя использованы уравнения Парка–Горева.
Результаты. Представлены полевые модели исследуемого синхронного реактивного двигателя при продольном и поперечном положениях ротора. Рассчитаны основные гармонические магнитного поля в зазоре и их зависимости от тока якоря. Приведены формулы для расчета индуктивных параметров обмотки якоря и рабочих характеристик синхронного реактивного двигателя. Приведены дифференциальные уравнения, используемые для расчета процессов в синхронном реактивном двигателе. С помощью параметрической модели рассчитаны рабочие характеристики синхронного реактивного двигателя, процесс частотного пуска, электромеханический процесс работы синхронного реактивного двигателя при несимметричном питании. Результаты расчетов сопоставлены с результатами полевого моделирования синхронного реактивного двигателя с TLA-ротором в среде Ansys Maxwell.
Выводы. Классическая параметрическая модель синхронной машины, основанная на теории двух реакций, позволяет быстро и качественно анализировать установившиеся и переходные режимы работы синхронного реактивного двигателя с TLA-ротором при различных условиях питания и механической нагрузки, в том числе анормальных.
1. Шульга Р.Н. Синхронный реактивный двигатель в современном электроприводе // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2023. – № 1. – С. 44–55. – EDN JMGRWE.
2. Тихомиров О.И. Синхронные реактивные электродвигатели для создания энергоэффективных решений класса IE5 // Автоматизация в промышленности. – 2022. – № 1. – С. 42–44. DOI: 10.25728/avtprom.2022.01.09. – EDN UNYBKL.
3. Митрофанов И.И. Оптимальное по точности управление угловой скоростью синхронного реактивного двигателя // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2012. – № 11-1. – С. 186–190. – EDN PYURRB.
4. Птах Г.К. Сравнительная оценка электрических двигателей переменного тока асинхронного и синхронного типов с целью применения их в гребных электроустановках ледоколов большой мощности // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2019. – Т. 62, № 5. – С. 24–30. – DOI: 10.17213/0136-3360-2019-5-24-30. – EDN ISPZZZ.
5. Zakharov A.V., Malafeev S.I., Dudulin A.L. Synchronous reluctance motor: Design and experimental research // 2018 X International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS), Novocherkassk, Russia. – 2018. – Р. 1–4. DOI: 10.1109/ICEPDS.2018.8571500.
6. Synchronous Reluctance Machines: A Comprehensive Review and Technology Comparison / M. Murataliyev, M. Degano, M. Di Nardo, N. Bianchi, C. Gerada // Proceedings of the IEEE. – 2022. – Vol. 110. – P. 1–18. DOI: 10.1109/JPROC.2022.3145662.
7. Сравнение энергопотребления асинхронного и синхронного реактивного двигателей в насосном приложении / А.С. Парамонов, В.М. Казакбаев, С.Х. Ошурбеков, В.А. Прахт // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика: материалы Междунар. науч.-практ. конф. студ., асп. и молодых ученых, посвященной памяти проф. Данилова Н.И. (1945–2015) – Даниловских чтений, Екатеринбург, 09–13 декабря 2019 года. – Екатеринбург, 2019. – С. 300–303.
8. Nonlinear magnetic field vector control with time-varying parameters for high-power electrically excited synchronous motor / Y. Han, X. Wu, G. He, et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2020. – Р. 11053–11063.
9. Jung-sik Choi, Jae-sub Ko, Dong-hwa Chung. Efficiency Optimization Control of SynRM Drive // 2006 SICE-ICASE International Joint Conference. – Busan, Korea (South), 2006. – Р. 690–695. DOI: 10.1109/SICE.2006.315625.
10. Казакбаев В.М., Прахт В.А., Дмитриевский В.А. Расчет рабочих характеристик синхронного реактивного двигателя в приводе насоса // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий (АПЭЭТ-2014): материалы III Междунар. конф., Екатеринбург, 17–20 марта 2014 года / Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. – Екатеринбург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2014. – С. 238–243. – EDN VULCJB.
11. Самосейко В.Ф., Шарашкин С.В., Гельвер Ф.А. Идентификация параметров реактивного электродвигателя с анизотропной магнитной проводимостью ротора // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. – 2017. – Т. 9, № 3. – С. 637–644. – DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-637-644. – EDN YTXYGX.
12. Synchronous Reluctance Motor: Design, Optimization and Validation / M. Tursini, M. Villani, G. Fabri, et al. // 2018 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)/ – 2018. – P. 1297–1302. DOI: 10.1109/SPEEDAM.2018.8445304.
13. Barta J., Ondrusek C. Rotor design and optimization of synchronous reluctance machine // MM Science Journal. – 2015. – P. 555–559. DOI: 10.17973/MMSJ.2015_03_201504.
14. Суворкова Е.Е., Дементьев Ю.Н., Бурулько Л.К. Расчет магнитных полей и индуктивных параметров синхронных реактивных двигателей // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 6-1. – С. 112–116.