ОСОБЕННОСТИ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

D. S. Yarymbash, M. I. Kotsur, S. T. Yarymbash, I. M. Kotsur

Аннотация


Цель. Разработка нового эффективного подхода для реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических и магнитных полей в асинхронных двигателях с учетом их конструктивных особенностей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов, обеспечивающего достоверность и высокую точность моделирования.

Методика. Численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных электрических и магнитных полей асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей.

Результаты. Представлены теоретические исследования и данные моделирования на основе численной реализации методом конечных элементов трехмерной математической модели асинхронного двигателя, отображающей особенности электрических и магнитных процессов преобразования энергии переменного тока в режиме короткого замыкания. Исследованиями установлено, что в зоне лобовых частей асинхронного двигателя малой мощности выделяется до 12,5% энергии его магнитного поля, которая, в основном, локализуется в активной части статора, ротора и воздушном зазоре. В центральной зоне активной части асинхронного двигателя, протяженностью до 60% ее длины, магнитное поле имеет плоскопараллельный характер, но трансформируется в зонах лобовых частей обмоток статора и возле его торцов. Установлены особенности распределения магнитного поля и его энергии, которые оказывают существенное влияние на параметры короткого замыкания асинхронного двигателя малой мощности и режимы его работы.

Научная новизна. Определены закономерности распределения индукции и энергии магнитного поля в режиме короткого замыкания и установлены их количественные соотношения для активной зоны и области лобовых частей обмоток статора асинхронных двигателей малой мощности.

Практическая значимость. На базе метода конечных элементов реализован новый подход для трехмерного моделирования электромагнитных процессов в асинхронном двигателе, который заключается в дифференциации размеров конечных элементов и использовании аппроксимирующих функций в виде полиномов Лагранжа. Это обеспечивает высокую сходимость численной реализации для переходных процессов режима короткого замыкания, сокращение времени расчетов, требований к вычислительным ресурсам и высокую точность моделирования. Сравнение значений энергии магнитного поля асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания показывает, что для аппроксимирующих полиномов Лагранжа первой степени относительная невязка не превышает 3,8% по сравнению с аппроксимирующими полиномами третьей степени, при сокращении времени расчетов в 389 раз и требований к вычислительным ресурсам – до 10 раз.


Ключевые слова


трехмерное моделирование; асинхронный двигатель; короткое замыкание; электромагнитные поля; метод конечных элементов; аппроксимирующие функции; энергия магнитного поля

Полный текст:

PDF

Литература


Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин / И. П. Копылов. – М. : Высшая школа, 2001. – 327 с.

Проектирование электрических машин / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин и др. – М.: Высшая школа, 2005. – 767 с.

Толочко О. И. Моделирование асинхронного двигателя при обрыве фазы статора / О. И. Толочко, П. И. Розкаряка, И. О. Журов // Электротехнические и компьютерные системы. – 2014. – № 15 (91). – С. 262–266.

Персова М. Г. О новом подходе к проектированию электрических машин на основе численного моделирования / М. Г. Персова, Ю. Г. Соловейчик, З. С. Темлякова и др. // Электротехника. – 2007. – № 9. – С. 15–21.

Васьковский Ю. В. Математическое моделирование электромагнитных полей в короткозамкнутом асинхронном двигателе с поврежденной обмоткой ротора / Ю. В. Васьковский, А. А. Гераскин // Техническая электродинамика. – 2010 – № 2. – С. 56–61.

Замчалкин А. С. Численное моделирование процесса пуска асинхронного двигателя / А. С. Замчалкин, В. А. Тюков // Доклады ТУСУРа. – 2012. – № 1 (25). – С. 171–177.

Милых В. И. Анализ гармонического состава переменного магнитного поля, связанного с вращающимся ротором турбогенератора, в режиме холостого хода и короткого замыкания / В. И. Милых, Н. В. Полякова // Электротехника и электроэнергетика. – 2013. – №2. – С. 5–12.

Плюгин В. Е. Численное моделирование электромагнитного поля асинхронного двигателя с внешним массивным ротором / В. Е. Плюгин // Вестник НТУ «ХПИ». – 2013. – № 51 (1024) – С. 66–75.

Могильников B. C. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение / B. C. Могильников, A. M. Олейников, А. Н. Стрельников. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 120 с.

Ярымбаш Д. С. Особенности моделирования электромагнитных процессов в индукторе калибра мундштука пресса / Д. С. Ярымбаш, И. М. Килимник // Вісник кременчуцького державного політехнічного університету. – 2007. – №4 (45) Частина 1. – С. 53–55.

Зенкевич О. Конечные элементы и аппроксимация : Пер. с англ. / О. Зенкевич, К. Морган. – М.: Мир, 1986. –318 с.


Пристатейная библиография ГОСТ






DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Copyright (c) 2017 D. S. Yarymbash, M. I. Kotsur, S. T. Yarymbash, I. M. Kotsur

Creative Commons License
Эта работа лицензирована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Адрес редакции журнала:
Редакция журнала «E&E», Запорожский национальный технический университет, 
ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина. 
Телефон: 0 (61) 769-82-96 – редакционно-издательский отдел
E-mail: rvv@zntu.edu.ua