Применение системы автоматического проектирования ANSYS Maxwell для количественной оценки влияния эффекта вытеснения тока в электрических машинах переменного тока

Николай Игоревич Неустроев, Антон Андреевич Котов, Ирина Егоровна Киесш

Аннотация


В данной работе рассмотрен вопрос количественной оценки эффекта вытеснения тока в шинах, уложенных в пазах электрических машин переменного тока на примере магнитоэлектрического генератора большой мощности. Также указаны основные аспекты, оказывающие влияние на увеличение эффекта вытеснения тока в шинах электрических машин. Приведены примеры расчетов среднего увеличения сопротивления шины по методикам, описанным в классической литературе и проверенных годами при проектировании стандартных электрических машин переменного тока. Также был рассмотрен вопрос моделирования электромагнитных процессов в системе автоматического проектирования ANSYS Maxwell. Особое внимание уделено возможностям программного обеспечения ANSYS Maxwell в части графического представления информации по результатам моделирования работы электромеханических преобразователей. Приведена графическая интерпретация результатов моделирования работы генератора, упрощающая понимание физических основ оговариваемых явлений, а также упрощающих взаимодействие с программным обеспечением. Проведено сравнение двух указанных способов количественной оценки эффекта вытеснения тока на основании экспериментальных данных, полученных силами АО «НПО «Электромашина», снятых с макетных образцов рассчитанного магнитоэлектрического генератора большой мощности. На основании результатов сравнения двух способов количественной оценки эффекта вытеснения тока в обмотке магнитоэлектрического генератора переменного тока сделано заключение о наиболее предпочтительном способе расчета суммарных электрических потерь в обмотках электромеханических преобразователей. Также был рассмотрен вопрос потерь в магнитоэлектрических генераторах большой мощности, существенно влияющих на коэффициент полезного действия электрической машины. Оговорено условие максимального коэффициента полезного действия электрической машины большой мощности.


Ключевые слова


электрическая машина; эффект вытеснения тока; система автоматического проектирования; ANSYS Maxwell; коэффициент полезного действия

Полный текст:

PDF

Литература


Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny: uchebnik dlya studentov vysshikh tekhnicheskikh uchebnykh zavedeniy [Electrical Machines]. Leningrad, Energiya Publ., 1978. 832 p.

Kopylov I.P. Proektirovanie elektricheskikh mashin: uchebnik [Designing Electrical Machines]. Mos-cow, Vysshaya shkola, 2005. 767 p.

Sergeev P.S. Proektirovanie elektricheskikh mashin [Designing Electrical Machines]. Moscow, Ener-giya Publ., 1969. 632 p.

Mart'yanov A.S., Neustroev N.I. [Analyzing Electromechanical Systems by Means of Ansys Maxwell]. Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal Al'ternativnaya energetika i ekologiya [International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology], 2014, no. 19 (159), pp. 47–52. (in Russ.)

Tatevosyan A.S., Tatevosyan A.A., Fokina V.V. [Investigating the Induced Electromotive Force in Magneto-Electric Generator Windings]. Elektrotekhnika. Elektrotekhnologiya. Energetika: sbornik nauchnykh trudov VII Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii molodykh uchenykh [Electrical Engineering. Electrotech-nology. Energy: Collected Papers International Scientific Conference of Young Scientists]. Novosibirsk, NGTU Publ., 2015, vol. 1, pp. 67–71. (in Russ.)

Aleksandrov, E.V. [Mathematical Description of an Asynchronous Electric Motor: Accounting for Losses in Steel, the Surface Effect, and the Saturation of the Magnetic System With Main and Stray Fluxes]. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya “Tekhnicheskie nauki” [News of Tula State Uni-versity. Ser. Technical Sciences], 2010, vol. 2, no. 2, pp. 243–250. (in Russ.)

Novozhilov M.A., Pionkevich V.A. [Modeling a Deep Bar Asynchronous Motor to Study Transient Processes]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Irkutsk State Technical University], 2014, no. 11, pp. 245–251. (in Russ.)

Sivokobylenko V.F., Vasylets S.V. Design-experimental Estimation of Induction Motors Equivalent Circuit Parameters and Characteristics. Scientific Bulletin of National Mining University, 2014, no. 5, pp. 76–82.

Tatevosyan A.A., Fokina V.V. The Study of the Electromagnetic Field of the Synchronous Magnetoe-lectric Generator. International Siberian Conference on Control and Communications. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2015, pp. 714–725. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147255

Chalmers B.J. Developments in Electrical Machines Using Permanent Magnets. Journal of Mag-netism and Magnetic Materials, 1996, vol. 157–158, pp. 131–132. DOI: 10.1016/0304-8853(95)01038-6

Vesa Ruuskanen, Paula Immonen, Janne Nerg, Juha Pyrhonen. Determining Electrical Efficiency of Permanent Magnet Synchronous Machines with Different Control Methods. Electrical Engineering, 2012, vol. 94,

no. 2, pp. 97–106. DOI: 10.1007/s00202-011-0223-5

Gandzha S.A., Sogrin A.I., Kiessh I.E. The Comparative Analysis of Permanent Magnet Electric Ma-chines with Integer and Fractional Number of Slots per Pole and Phase. Procedia Engineering, 2015, vol. 129,

pp. 408–414. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.137

Zapadnya M.F., Shikhtin A.P. Special-purpose High-velocity Permanent Magnet Synchronous Gener-ator. Russian Electrical Engineering, 2016, vol. 87, no. 11, pp. 647–650. DOI: 10.3103/S1068371216110134

Treshchev, I.I. Elektromekhanicheskie protsessy v mashinakh peremennogo toka [Electromechanical Processes in Alternating-Current Machines], Leningrad, Energiya Publ., 1980. 344 p.

Zhang Yuejin, Xie Guodong, Tu Guanzhen. 3D Magnetic Field Computation of a Permanent Magnet Disc-Type Generator Using Scalar Potential Method. Journal of Shanghai University (English Edition), 1997, vol. 1, no. 3, pp 237–241. DOI: 10.1007/s11741-997-0030-4

Bing Guo, XinZhen Wu. Calculation of Rated Load Voltage for Permanent Magnet Motor by Finite Element Method. Unifying Electrical Engineering and Electronics Engineering, 2013, pp. 757–765. DOI: 10.1007/978-1-4614-4981-2_82

Schieber D. Electrodynamics of Polyphase Windings. Electrical Engineering, 1976, vol. 58, no. 2,

pp. 117–127. DOI: 10.1007/BF01574197

Hatziathanassiou V., Xypteras J., Archontoulakis G. Electrical-thermal Coupled Calculation of an Asynchronous Machine]. Electrical Engineering, 1994, vol. 77, no. 2, pp. 117–122. DOI: 10.1007/BF01578534

Scott D. Sudhoff. Introduction to Permanent Magnet AC Machine Design. Wiley-IEEE Press, 2014,

vol. 1, pp. 488. DOI: 10.1002/9781118824603.ch09

Seung-Ki Sul. Basic Structure and Modeling of Electric Machines and Power Converters. Wiley-IEEE Press, 2011, vol. 1, pp. 512. DOI: 10.1002/9780470876541.ch2




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power180114

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.