Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту
Запропоновано підхід щодо проектування оптимальної геометрії статора і ротора вентильно-реактивного двигуна із співвідношенням числа полюсів 6/4 на базі асинхронного двигуна поршневого компресора, що забезпечує необхідне значення середнього електромагнітного моменту і мінімальні його пульсації. Вико...
Saved in:
| Published in: | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121908 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту / О.В. Бібік, В.В. Гребєніков, М.В. Приймак, Р.Р. Гамалея // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 4. — С. 117-119. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859818671295168512 |
|---|---|
| author | Бібік, О.В. Гребєніков, В.В. Приймак, М.В. Гамалея, Р.Р. |
| author_facet | Бібік, О.В. Гребєніков, В.В. Приймак, М.В. Гамалея, Р.Р. |
| citation_txt | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту / О.В. Бібік, В.В. Гребєніков, М.В. Приймак, Р.Р. Гамалея // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 4. — С. 117-119. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технічна електродинаміка |
| description | Запропоновано підхід щодо проектування оптимальної геометрії статора і ротора вентильно-реактивного двигуна із співвідношенням числа полюсів 6/4 на базі асинхронного двигуна поршневого компресора, що забезпечує необхідне значення середнього електромагнітного моменту і мінімальні його пульсації. Виконано моделювання варіантів вентильно-реактивних двигунів та проведено дослідження їхніх магнітних систем за допомогою методу скінченних елементів. Визначено аналітичні залежності максимального і середнього електромагнітних моментів при варіюванні діаметра розточування і кутової величини полюса статора для заданої величини зовнішнього діаметра з використанням методу планування експерименту.
Предложен подход к проектированию оптимальной геометрии статора и ротора вентильно-реактивного двигателя с соотношением числа полюсов 6/4, выполненного на основе асинхронного двигателя поршневого компрессора, что обеспечивает необходимое значение среднего электромагнитного момента и минимальные его пульсации. Выполнено моделирование вариантов ВРД и проведены исследования их магнитных систем с помощью метода конечных элементов. Определены аналитические зависимости максимального и среднего электромагнитных моментов при варьировании внутреннего диаметра и угловой величины полюса статора для заданной величины внешнего диаметра с использованием метода планирования эксперимента.
The approach for designing the optimal geometry of the stator and the rotor of switched reluctance motors (SRM) with the ratio of the number of poles 6/4 on the basis of the asynchronous motor of piston compressor that provides the required value of the average of the electromagnetic moment and its minimum pulsation is proposed. The modeling of options SRM and the research their magnetic systems using the method of finite elements are performed. Analytical dependencies for maximal and average electromagnetic torque with constant outer diameter of stator and variable stator inner diameter and angular dimension of stator pole using the design experiments method are defined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:24:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4 117
УДК 621.313
ПРОЕКТУВАННЯ ВЕНТИЛЬНО–РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА ЗІ ЗНИЖЕНИМИ
ПУЛЬСАЦІЯМИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО МОМЕНТУ
О.В.Бібік, канд.техн.наук, В.В.Гребєніков, докт.техн.наук, М.В.Приймак, Р.Р.Гамалея
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
email: elm1153@gmail.com
Запропоновано підхід щодо проектування оптимальної геометрії статора і ротора вентильно-реактивного
двигуна із співвідношенням числа полюсів 6/4 на базі асинхронного двигуна поршневого компресора, що за-
безпечує необхідне значення середнього електромагнітного моменту і мінімальні його пульсації. Виконано
моделювання варіантів вентильно-реактивних двигунів та проведено дослідження їхніх магнітних систем за
допомогою методу скінченних елементів. Визначено аналітичні залежності максимального і середнього елек-
тромагнітних моментів при варіюванні діаметра розточування і кутової величини полюса статора для за-
даної величини зовнішнього діаметра з використанням методу планування експерименту. Бібл. 4, рис. 4.
Ключевые слова: вентильно-реактивний двигун, оптимальна геометрія статора і ротора, мінімальні пульсації
електромагнітного моменту.
Досвід проектування вентильно-реактивних двигунів (ВРД) показав необхідність визначення оптималь-
них геометричних розмірів зубцевих зон статора й ротора, які дозволяють вже на попередньому етапі задо-
вольнити певним вимогам, зокрема, зменшенню пульсацій електромагнітного моменту [1].
Мета досліджень – визначення оптимальної геометрії статора і ротора ВРД, яка забезпечує мінімізацію
пульсацій середнього електромагнітного моменту та його необхідне значення для серійного двигуна поршневого
компресора.
На першому етапі визначено варіант ВРД за діаметром розточування статора, який забезпечує макси-
мальне значення статичного електромагнітного моменту для заданої величини зовнішнього діаметра магнітопро-
вода статора за одиничної комутації.
Моделювання проведено для ВРД, виконаного на базі асин-
хронного двигуна типу ДАО, який використовується для поршневих
компресорів. Вибрана конфігурація ВРД із співвідношенням числа по-
люсів статора sz і ротора rz – 6/4 (рис. 1). При розрахунках обрано
величину зовнішнього діаметра статора Da=108 мм, що відповідає
найменшій ширині листа статора, повітряний проміжок дорівнює 0,3
мм, довжина пакета статора − Нs=34 мм, діаметр вала ротора – 18 мм.
За незалежні змінні обрано внутрішній діаметр (розточуван-
ня) Di і кутову величину полюса статора, базова величина якої
o
o
30
2
360
=
⋅
=
s
s z
β . Слід зазначити, що кутові величини полюсів статора
βs і ротора βr впливають на розподіл магнітного поля ВРД, а, отже, на
величину електромагнітного моменту та рівень його пульсацій. Проте
рекомендовані співвідношення цих параметрів є суперечливими і для
їхнього уточнення необхідно провести розрахункові дослідження. При
розрахунках прийнято наступні допущення: ширина зубця статора
дорівнює висоті спинки статора las=bzs; βs = βr.
Для отримання аналітичних залежностей для максимального і
середнього моментів ВРД за заданої величини зовнішнього діаметра
магнітопровода та за варіювання діаметра розточування і кутової вели-
чини полюса статора використано метод планування експерименту [2].
За функцію мети обрано середній Y1=Mсер і максимальний Y2=Mmax електромагнітні моменти ВРД,
незалежні змінні – величину розточування статора Di ( 1x ) і кутову величину полюса статора βs ( 2x ). Значення
варійованих параметрів знаходяться у межах ±20% від значень базового варіанту. Базовий рівень відповідає
значенням: Di=50 мм; βs = 30°; максимальний – Di=60 мм; βs = 37,5°; мінімальний – Di=40 мм, βs =22, 5°.
Для кожного варіанту побудовано відповідні моделі магнітних систем в пакеті Elcut 5.6, розраховано
їхні статичні електромагнітні моменти методом кінцевих елементів [3]. Для кожної з моделей визначено карти-
ну поля (наприклад, рис. 2 відповідає узгодженому положенню, коли зубці ротора і статора співпадають), елек-
тромагнітний момент в залежності від кута повороту ротора за різних кутових величин полюса статора (рис. 3).
© Бібік О.В., Гребєніков В.В., Приймак М.В., Гамалея Р.Р., 2014
Рис. 1
118 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4
Рис. 4
Середня величина магнітної індукції у повітряному проміжку знаходиться на рівні 1,45 Тл, густина струму – 5
А/мм2.
Рис. 2 Рис. 3
Для визначення аналітичної залежності середнього статичного електромагнітного моменту
),( siсер DfM β= використано ортогональний план другого порядку
2121 0322,00985,01164,02769,01 xxxxY ⋅⋅+⋅−⋅−= . (1)
Похибка при використанні цієї залежності складає не більше 3% до значень, які розраховано за
допомогою методу скінченних елементів.
Отримана аналітична залежність для визначення максимального електромагнітного моменту у статиці
),(max siDfM β= (за допомогою ортогонального центрально-композиційного плану (ОЦКП) другого порядку
МПЕ) забезпечує незалежність визначення коефіцієнтів регресії та достатню точність моделі (похибка в цент-
ральній точці плану склала близько 7,4%)
−⋅−⋅−= 21 14,01748,04706,02 xxY 21
2
2
2
1 01984,0)
3
2(00567,0)
3
2(05953,0 xxxx ⋅+−⋅−−⋅ . (2)
З дев'яти розрахованих моделей на першому етапі визначено модель за максимальними значеннями
середнього (0,52 Нм) і максимального (0,82 Нм) моментів (Di =40 мм, βs =22,5°) за одиничної комутації.
На другому етапі проведено серію оптимізаційних розрахунків з метою визначення варіанта за міні-
мумом пульсацій електромагнітного моменту, які оцінюються коефіцієнтом пульсацій пk
ср
п M
MM
k
2
minmax −
= , (3)
де maxM − максимальний, minM − мінімальний, срM − середній (в межах зони комутації від 7,5° до 37,5°)
електромагнітні моменти.
При цьому здійснювалося варіювання кутових величин полюсів βs:: 22,5°; 30°; 37,5° і βr : 30°; 37,5°;
45° за сталого діаметра розточування статора Di =40 мм, який обрано на попередньому етапі. За результатами
проведених розрахунків визначена геометрія моделі (з рівними кутовими величинами полюсів статора і ротора
βr =βs =37,5°), що забезпечує мінімальний коефіцієнт пульсацій пk =25,2% та необхідне значення середнього
електромагнітного моменту срM =0,4 Нм для серійного двигуна.
Залежність електромагнітного моменту від
кута повороту ротора для варіантів з діаметром
розточування статора 40 мм, кутовою величиною
полюса ротора 37,5° за різних значень кутових
величин полюса статора показана на рис. 4.
Висновки. Конфігурація магнітної системи ВРД
істотно впливає на його характеристики, зокрема
на пульсації електромагнітного моменту і частоту
обертання двигуна. Тому на стадії попереднього
(ескізного) проектування необхідно оптимізувати
геометрію магнітної системи.
Сформульовано критерії оптимізації кон-
струкції ВРД. Отримано аналітичні залежності
для максимального і середнього електромагнітних
моментів ВРД за варіювання параметрами магні-
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4 119
топроводу у межах %20± (діаметром розточування і кутовою величиною полюса статора) для заданої величини
зовнішнього діаметру за одиничної комутації.
Визначена оптимальна геометрія статора ВРД із співвідношенням числа полюсів 6/4, виконаного на
базі асинхронного двигуна типу ДАО, яка забезпечує достатнє значення середнього електромагнітного моменту
ВРД для поршневого компресора і мінімальні його пульсації.
1. Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Особенности проектирования индукторной машины для вентильно-индукторного
двигателя // Электромеханика. – 2008. − № 1. – С. 60−68.
2. Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Копылов И.П. Планирование эксперимента в электромеханике. – М.: Энергия,
1975. – 184 с.
3. Гребеников В.В. Сравнительный анализ вентильных двигателей индукторно-реактивного типа и с постоянными
магнитами на роторе // Праці Інституту електродинаміки НАН України. – 2011. − № 28. – С. 70–76.
4. Бібік О.В., Мазуренко Л.І., Жуков Л.О. Дослідження квазістатичних режимів вентильно-індукторних двигунів з
періодичним навантаженням // Електромеханічні та енергозберігаючі системи. Тематичний випуск "Проблеми автомати-
зованого електропривода. Теорія і практика". – 2012. – №3. – С. 416–418.
УДК 621.313
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЬНО–РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С УМЕНЬШЕННЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МОМЕНТА
Бибик Е.В., канд.техн.наук, Гребеников В.В., докт.техн.наук, Прыймак М.В., Гамалея Р.Р.
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
email: elm1153@gmail.com
Предложен подход к проектированию оптимальной геометрии статора и ротора вентильно-реактивного
двигателя с соотношением числа полюсов 6/4, выполненного на основе асинхронного двигателя поршневого
компрессора, что обеспечивает необходимое значение среднего электромагнитного момента и минимальные
его пульсации. Выполнено моделирование вариантов ВРД и проведены исследования их магнитных систем с
помощью метода конечных элементов. Определены аналитические зависимости максимального и среднего
электромагнитных моментов при варьировании внутреннего диаметра и угловой величины полюса статора
для заданной величины внешнего диаметра с использованием метода планирования эксперимента.
Библ. 4, рис. 4.
Ключевые слова: вентильно–реактивный двигатель, оптимальная геометрия статора и ротора, минимальные
пульсации электромагнитного момента.
THE DESIGN OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR FOR THE PURPOSE OF DECREASE IN SIZE OF
PULSATIONS OF THE ELECTROMAGNETIC TORQUE
Bibik O.V., Grebenikov V.V., Pryimak M.V., Gamaliia R.R.
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine.
email: elm1153@gmail.com
The approach for designing the optimal geometry of the stator and the rotor of switched reluctance motors (SRM) with
the ratio of the number of poles 6/4 on the basis of the asynchronous motor of piston compressor that provides the
required value of the average of the electromagnetic moment and its minimum pulsation is proposed. The modeling of
options SRM and the research their magnetic systems using the method of finite elements are performed. Analytical
dependencies for maximal and average electromagnetic torque with constant outer diameter of stator and variable
stator inner diameter and angular dimension of stator pole using the design experiments method are defined.
References 4, figures 4.
Key words: switched-reluctance motor, optimal geometry of the stator and rotor, the minimal pulses of the electromagnetic torque.
1. Kuznetsov V.A., Kuzmichev V.A. Features of the designe of inductor machine for switched reluctance motor // Elektromekhanika. –
2008. − № 1. – Pp. 60−68. (Rus)
2. Ivobotenko B.A., Ilinskii N.F., Kopylov I.P. Planning of experiment in electromechanics. – Moskva: Energiia, 1985. – 184 p. (Rus)
3. Grebenikov V.V. Comparative analysis of valve motors of inductor-reactive type with permanent magnets on the rotor // Pratsi
Instytutu elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy. – 2011. − № 28. – Pp. 70–76. (Rus)
4. Bibik О.V., Mazurenko L.I., Zhukov L.O. Investigation of kvazistatics regimes of switched reluctance motors with periodical load //
Elektromekhanichni ta enerhozberihaiuchi systemy. Tematychnyi vypusk "Problemy avtomatyzovanoho elektropryvoda. Teoriia і
praktyka". – 2012. – №3. – Pp. 416–418. (Rus)
Надійшла 17.02.2014
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-121908 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-7970 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:24:13Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бібік, О.В. Гребєніков, В.В. Приймак, М.В. Гамалея, Р.Р. 2017-06-21T16:38:58Z 2017-06-21T16:38:58Z 2014 Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту / О.В. Бібік, В.В. Гребєніков, М.В. Приймак, Р.Р. Гамалея // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 4. — С. 117-119. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121908 621.313 Запропоновано підхід щодо проектування оптимальної геометрії статора і ротора вентильно-реактивного двигуна із співвідношенням числа полюсів 6/4 на базі асинхронного двигуна поршневого компресора, що забезпечує необхідне значення середнього електромагнітного моменту і мінімальні його пульсації. Виконано моделювання варіантів вентильно-реактивних двигунів та проведено дослідження їхніх магнітних систем за допомогою методу скінченних елементів. Визначено аналітичні залежності максимального і середнього електромагнітних моментів при варіюванні діаметра розточування і кутової величини полюса статора для заданої величини зовнішнього діаметра з використанням методу планування експерименту. Предложен подход к проектированию оптимальной геометрии статора и ротора вентильно-реактивного двигателя с соотношением числа полюсов 6/4, выполненного на основе асинхронного двигателя поршневого компрессора, что обеспечивает необходимое значение среднего электромагнитного момента и минимальные его пульсации. Выполнено моделирование вариантов ВРД и проведены исследования их магнитных систем с помощью метода конечных элементов. Определены аналитические зависимости максимального и среднего электромагнитных моментов при варьировании внутреннего диаметра и угловой величины полюса статора для заданной величины внешнего диаметра с использованием метода планирования эксперимента. The approach for designing the optimal geometry of the stator and the rotor of switched reluctance motors (SRM) with the ratio of the number of poles 6/4 on the basis of the asynchronous motor of piston compressor that provides the required value of the average of the electromagnetic moment and its minimum pulsation is proposed. The modeling of options SRM and the research their magnetic systems using the method of finite elements are performed. Analytical dependencies for maximal and average electromagnetic torque with constant outer diameter of stator and variable stator inner diameter and angular dimension of stator pole using the design experiments method are defined. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Електромеханічне перетворення енергії Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту Проектирование вентильно–реактивного двигателя с уменьшенными пульсациями электромагнитного момента The design of switched reluctance motor for the purpose of decrease in size of pulsations of the electromagnetic torque Article published earlier |
| spellingShingle | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту Бібік, О.В. Гребєніков, В.В. Приймак, М.В. Гамалея, Р.Р. Електромеханічне перетворення енергії |
| title | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту |
| title_alt | Проектирование вентильно–реактивного двигателя с уменьшенными пульсациями электромагнитного момента The design of switched reluctance motor for the purpose of decrease in size of pulsations of the electromagnetic torque |
| title_full | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту |
| title_fullStr | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту |
| title_full_unstemmed | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту |
| title_short | Проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту |
| title_sort | проектування вентильно–реактивного двигуна зі зниженими пульсаціями електромагнітного моменту |
| topic | Електромеханічне перетворення енергії |
| topic_facet | Електромеханічне перетворення енергії |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121908 |
| work_keys_str_mv | AT bíbíkov proektuvannâventilʹnoreaktivnogodvigunazízniženimipulʹsacíâmielektromagnítnogomomentu AT grebêníkovvv proektuvannâventilʹnoreaktivnogodvigunazízniženimipulʹsacíâmielektromagnítnogomomentu AT priimakmv proektuvannâventilʹnoreaktivnogodvigunazízniženimipulʹsacíâmielektromagnítnogomomentu AT gamaleârr proektuvannâventilʹnoreaktivnogodvigunazízniženimipulʹsacíâmielektromagnítnogomomentu AT bíbíkov proektirovanieventilʹnoreaktivnogodvigatelâsumenʹšennymipulʹsaciâmiélektromagnitnogomomenta AT grebêníkovvv proektirovanieventilʹnoreaktivnogodvigatelâsumenʹšennymipulʹsaciâmiélektromagnitnogomomenta AT priimakmv proektirovanieventilʹnoreaktivnogodvigatelâsumenʹšennymipulʹsaciâmiélektromagnitnogomomenta AT gamaleârr proektirovanieventilʹnoreaktivnogodvigatelâsumenʹšennymipulʹsaciâmiélektromagnitnogomomenta AT bíbíkov thedesignofswitchedreluctancemotorforthepurposeofdecreaseinsizeofpulsationsoftheelectromagnetictorque AT grebêníkovvv thedesignofswitchedreluctancemotorforthepurposeofdecreaseinsizeofpulsationsoftheelectromagnetictorque AT priimakmv thedesignofswitchedreluctancemotorforthepurposeofdecreaseinsizeofpulsationsoftheelectromagnetictorque AT gamaleârr thedesignofswitchedreluctancemotorforthepurposeofdecreaseinsizeofpulsationsoftheelectromagnetictorque |