УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫХ МАШИН

А.В. Шевкунова, А.В. Кашуба

DOI: 10.47026/1810-1909-2021-3-140-155

Ключевые слова

вентильно-индукторная машина, магнитная система, геометрические параметры, оптимизационный алгоритм, параметрическая оптимизация, экстремум, электромагнитный момент, пульсации.

Аннотация

Вопрос улучшения технико-экономических показателей вентильно-индукторных машин на стадии их проектирования имеет значительную степень актуальности. Данное исследование посвящено совершенствованию оптимизационного алгоритма проектирования электрических машин вентильно-индукторного типа.

Рассмотрению подлежала параметрическая, однокритериальная оптимизация. Задача проектирования магнитной системы вентильно-индукторной машины заключается в нахождении оптимального сочетания значений геометрических параметров, при котором значение целевой функции достигнет экстремума. В рамках данной работы оптимизация рассматривалась по критерию минимума пульсаций электромагнитного момента при малых скоростях вращения.

В качестве основы для внесения изменений с целью повышения эффективности работы оптимизационного алгоритма был взят стохастический метод – метод Монте-Карло. Суть изменений заключается в применении нормального распределения случайной величины с уменьшающей дисперсией и варьируемым значением математического ожидания вместо использования равномерного распределения.

Для данного исследования применялись методы математического моделирования, а именно метод Монте-Карло и методы теории вероятности. Расчеты магнитного поля вентильно-индукторной машины производились посредством программы FEMM 4.2, основанной на методе конечных элементов.

Благодаря внесенным изменениям в базовый алгоритм оптимизации эффективность такого критерия, как время достижения конечного результата при заданной точности расчета, стала выше. Полученные данные могут оказаться полезными при разработке технологии изготовления объекта оптимизации.

Литература

1. Баль В.Б., Минт Т.А. Проектирование и выбор параметров вентильно-индукторного генератора // Электричество. 2019. № 11. С. 40–44.
2. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.
3. Буряковский С.Г., Любарский Б.Г., Маслий Ар.С., Маслий Ан.С., Шевкунова А.В. Оптимизация системы управления вентильно-индукторного двигателя для стрелочного перевода // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2013. № 2. С. 61–67.
4. Гребенников Н.В. Математическая модель для анализа электромагнитных процессов в реактивных индукторных машинах с сильным взаимным влиянием фаз // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2019. № 2. С. 315–321.
5. Кашуба А.В. Оптимизационный метод формирования геометрических размеров зубцовой зоны вентильно-индукторного двигателя // Транспортные системы и технологии. 2020. № 1. С. 30–47.
6. Мирошниченко Е.Е. Повышение надежности подшипникового узла тягового двигателя вентильно-индукторного типа для транспортных систем // Кронос. 2021. № 4(54). С. 29–32.
7. Однокопылов Г.И., Букреев В.Г., Розаев И.А. Исследование отказоустойчивого венильно-индукторного электродвигателя насоса для добычи нефти // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. № 10. С. 69–81.
8. Пахомин С.А. Влияние геометрии зубцового слоя и параметров питания на показатели вентильного реактивного индукторного двигателя // Известия вузов. Электромеханика. 2000. № 1. С. 30–36.
9. Петрушин А.Д., Кашуба А.В. Оптимизация активной части вентильно-индукторного двигателя // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2016. № 1(61). С. 61–65.
10. Петрушин А.Д., Кашуба А.В. Оптимизация вентильно-индукторных электрических машин с учетом динамических режимов // СТИН. 2018. № 3. С. 7–9.
11. Петрушин А.Д., Шевкунова А.В., Смачный В.Ю. Исследование взаимосвязи электромагнитного момента вентильно-индукторного двигателя и геометрических элементов его магнитной системы // Вестник Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Энергетика. 2020. № 2. С. 127–137.
12. Птах Г.К., Темирев А.П., Звездунов В.А., Цветков А.А. Опыт разработки и перспективы применения вентильно-индукторных электроприводов на военно-морском флоте России // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2014. № 6. С. 32–37.
13. Пуйло Г.В., Порайко А.С., Радимов И.Н., Рымша В.В. Влияние геометрических соотношений зубцовой зоны на электромагнитный момент вентильно-реактивного двигателя // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». 2003. № 485. С. 112–117.
14. Смачный В.Ю., Шевкунова А.В., Шутемов С.В. Схема питания фазы вентильно-индукторного двигателя с одним силовым ключом // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2019. № 30. С. 102–118.
15. Kocan S., Rafajdus P. Dynamic model of High Speed Switched Reluctance Motor for automotive applications. Transportation Research Procedia, 2019, vol. 40, pр. 302–309. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2019.07.045 (Access Date: 2021, July 2).
16. Omaç Z., Cevahir С. Control of switched reluctance generator in wind power system application for variable speeds. Ain Shams Engineering Journal, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asej.2021.01.009 (Access Date: 2021, July 2).
17. Petrushin A.D., Kashuba A.V. Dynamic optimization of switched-reluctance motors. Russian Engineering Research, 2018, vol. 38, no. 9, pp. 705–706.

Сведения об авторах

Шевкунова Анастасия Владимировна – кандидат технических наук, доцент кафедры тягового подвижного состава, Ростовский государственный университет путей сообщения, Россия, Ростов-на-Дону (nastya3051990@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5508-8367).

Кашуба Александр Викторович – инженер 1-й категории, кафедра безопасности жизнедеятельности, Ростовский государственный университет путей сообщения, Россия, Ростов-на-Дону (kashuba-av@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6529-1895).

Формат цитирования

Шевкунова А.В., Кашуба А.В. Усовершенствование алгоритма проектирования вентильно-индукторных машин // Вестник Чувашского университета. – 2021. – № 3. – С. 140–155. DOI: 10.47026/1810-1909-2021-3-140-155.

Загрузить полный текст статьи