Исследование синхронных машин с постоянными магнитами с пониженными уровнями вибрации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат наук Сидоров Антон Олегович

• Сидоров Антон Олегович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Сидоров Антон Олегович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор исследований электрических машин переменного тока с пониженными уровнями вибрации и современное состояние вопроса о выборе числа пазов на полюс и фазу

1.1 Критический анализ различных типов электрических машин с пониженными уровнями вибрации

1.2 Общая характеристика схем обмоток электрических машин переменного тока с целым и дробным числами пазов на полюс и фазу

1.3 Текущее состояние исследований схем обмоток с различными числами пазов на полюс и фазу

1.4 Выводы

Глава 2. Моделирование магнитного поля обмоток электрических машин переменного тока с различными числами пазов на полюс и фазу

2.1 Выбор способа расчета магнитного поля и основные принимаемые допущения

2.2 Анализ магнитного поля обмоток с целым и дробным числами пазов на полюс и фазу

2.3 Расчет обмоточных коэффициентов гармоник магнитного поля аналитическим методом с помощью обмоточных функции

2.4 Расчет обмоточных коэффициентов гармоник поля численным методом и сравнение с результатами аналитического расчета

2.5 Выбор рационального укорочения шага обмотки

2.6 Добавочные потери в роторе от субгармоник магнитного поля

2.7 Сравнение добавочных потерь в роторе синхронных машин с постоянными магнитами с различными числами пазов на полюс и фазу

2.8 Выводы

Глава 3. Исследование электромагнитных сил и моментов и их влияния на вибрацию синхронных машин с постоянными магнитами с различными числами пазов на полюс и фазу

3.1 Выбор способов расчета электромагнитных сил, моментов и вибрации

3.2 Влияние субгармоник магнитного поля на амплитуды электромагнитных сил и вибрацию электрических машин переменного тока

3.3 Электромагнитные силы и пульсации момента синхронных машин с постоянными магнитами в режиме холостого хода. Аналитическое описание и расчет численным методом

3.4 Электромагнитные силы и пульсации момента синхронных машин с постоянными магнитами в режиме нагрузки. Расчет численным методом

3.5 Частоты колебаний электромагнитных сил

3.6 Аналитическое описание эксцентриситета в синхронных машинах с постоянными магнитами

3.7 Расчет электромагнитных сил и моментов при эксцентриситете численным методом

3.8 Выводы

Глава 4. Экспериментальные исследования и сравнение с результатами аналитических расчетов

4.1 Основные данные макетных образцов и средств измерений

5.2 Результаты испытаний и сравнение с результатами аналитических расчетов

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование синхронных машин с постоянными магнитами с пониженными уровнями вибрации»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Требования к шуму и вибрации общепромышленных электрических машин, закрепленные в межгосударственных стандартах ГОСТ 1ЕС 60034-9-2014 и ГОСТ 1ЕС 60034-14-2014, определены их общими уровнями. Однако к судовым электрическим машинам предъявляются более жесткие требования, устанавливаемые заказчиком и представленными согласно ГОСТ Р ИСО 20283-3-2017 уровнями шума и вибрации в третьоктавном частотном диапазоне 0^10 кГц. При этом особое внимание заслуживают вибрационные характеристики, которые позволяют не только оценить степень воздействия электрической машины на окружающую среду, но и определить качество и ресурс электрической машины.

На протяжении многих десятилетий асинхронная машина (АМ) являлась основным электромеханическим преобразователем вспомогательного оборудования морских судов. С развитием полупроводниковой техники, а также появлением высококоэрцитивных постоянных магнитов, обладающих высокими энергетическими и температурными показателями, появились новые типы электрических машин, способные создать конкуренцию АМ.

Синхронные машины с постоянными магнитами (СМПМ) являются наиболее перспективными во многих областях техники: станкостроении, ветроэнергетике, электрическом транспорте, спецтехнике. Их широкое применение обусловлено простотой конструкции и высоким КПД, благодаря отсутствию электрических потерь на возбуждение. Кроме того, как показывают проведенные исследования [1-5], СМПМ обладают высокими выброакустическими показателями, что обуславливает их применение в области судовой техники. Несмотря на это, вопросы снижения электромагнитных вибраций, как и сравнение различных типов электрических машин по виброакустическим показателям, требуют большего внимания.

Подход к проектированию СМПМ имеет свои особенности. Поскольку в регулируемом электроприводе эти машины могут работать в широком диапазоне

частот вращения, выбор числа полюсов определяется оптимизационным расчетом активной части машины и ограничивается лишь технологическими возможностями изготовления многополюсного ротора. При проектировании СМПМ с пониженными уровнями вибрации (ПУВ) важное значение имеет гармонический состав индукции, определяемый выбором конструкции магнитопровода и обмоточных данных. Кроме того, необходимо учитывать возможные резонансные явления, возникающие при совпадении частот электромагнитных сил с собственными частотами конструкции. Важнейшим вопросом проектирования СМПМ является учет потерь на вихревые токи в роторе, обусловленных асинхронным вращением пространственных гармоник и ненулевой электрической проводимостью массивных деталей ротора, в том числе постоянных магнитов. Возникающий при этом нагрев ротора может привести к размагничиванию постоянных магнитов. Отдельное внимание должно быть уделено вопросу учета электромагнитных сил при эксцентриситете ротора, возникающем в результате тепловой деформации вала, износа подшипникового узла или неточностей при монтаже ротора. Такой эксплуатационный дефект может стать причиной повышенной вибрации, сокращения срока службы и выхода из строя электрической машины. Решение всей указанной совокупности задач возможно лишь с помощью современных расчетных и измерительных средств.

Проведенный анализ имеющихся на сегодняшний день технических решений, направленных на улучшение виброакустических показателей СМПМ, показал, что большинство этих решений являются достаточно сложными и требуют хорошо развитой производственно-технологической базы. Поэтому необходима разработка достаточно простых в реализации способов снижения вибрации СМПМ.

В имеющихся методиках проектирования электрических машин с ПУВ рекомендуется воздерживаться от применения дробного числа пазов на полюс и фазу q, что объясняется возможностью возникновения широкого спектра пространственных гармоник. Тем не менее, практика эксплуатации СМПМ с

подобными обмотками показывает, что использование дробного q не только не ухудшает виброакустические характеристики, но и позволяет существенно снизить составляющие вибрации, обусловленные пульсациями электромагнитного момента, за счет подавления высших пространственных гармоник. Таким образом, необходимы дополнительные исследования электрических машин с дробным q и разработка рекомендации по выбору обмоточных данных СМПМ с ПУВ.

Степень разработанности. Множество теоретических и экспериментальных исследований в области СМПМ было выполнено отечественными учеными и инженерами: Ларионовым А.Н., Балагуровым В.А., Галтеевым Ф.Ф., Юферовым Ф.М., Бертиновым А.И., Бутом Д.А., Осиным И.Л., Анненковым В.Б., Ситиным Д.А. До сих пор в качестве руководства по проектированию СМПМ используются учебные пособия Юферова Ф.М., Балагурова В.А. [6, 7].

Вопросы применения дробного q и его влияния на характеристики машин переменного тока отражены в работах Заславского Д.И., Вольдека А.И., Дулькина

A.И., Ипатова П.М., Попова В.И., Мамедова Ф.А., Шевченко А.Ф., Касьянова

B.Т., Честюниной Т.В., Топоркова Д.М., Ганджи С.А., Согрина А.И. и других. Принципы построения схем различных обмоток машин переменного тока с

целым и дробным q приведены в работах Арнольда Е., Рихтера Р., Жерве Г.К., Лившиц-Гарика М., Кучера Я., Гапля Й., Данилевича Я.Б., Костенко М.П., Виноградова Н.В., Маршака Е.Л., Клокова В.А., Зимина В.И., Коробкова Ю.С.

Большой вклад в теорию и расчет высших гармоник внесли Сорокер Т.Г., Иванов-Смоленский А.В., Вольдек А.И., Геллер Б., Гамата В., Копылов И.П., Беспалов В.Я., Лившиц М.М., Гаинцев Ю.В., Синельников Е.М., Кадеев Г.Д., Динов В.П., Ефименко Е.И. и многие другие.

Теория и подходы к расчетам уровней электромагнитного шума и вибрации АМ и синхронных машин (СМ) изложены в трудах Астахова Н.В., Малышева В.С., Юргенсон Т.С., Медведева В.Т., Воронецкого Б.Б., Шубова И.Г., Волкова Л.К., Шумилова Ю.А. Исследование эксцентриситета и потерь на вихревые токи

проводится в работах Исмагилова Ф.Р., Пальцевой В.В., Прудникова А.Ю., Пахомина Л.С., Приступа А.Г.

На сегодняшний день одной из основных методик проектирования различных типов электрических машин с ПУВ является работа коллектива АО «Корпорация «ВНИИЭМ» [8]. Огромный вклад в создание этой методики привнесли Каплин А.И., Клименко Э.П., Вевюрко И.А., Воронкин В.А., Зубренков Б.И., Геча В.Я., Городецкий Э.А., Захаренко А.Б., Муркес Н.И., Кучер Э.Р., Шапиро М.Х., и другие авторы. Многие теоретические и экспериментальные результаты разработок СМПМ с ПУВ получены Сарычевым А.П., Коварским М.Е., Магиным В.В.

Несмотря на имеющиеся методики расчета СМПМ, а также теоретические и экспериментальные результаты, многие вопросы теории остаются малоизученными. Одним из них является вопрос о выборе между целым и дробным q в различных областях применения.

Объект исследования. Объектом исследования работы является СМПМ с ПУВ с дробным q.

Цель работы. Целью исследований является разработка способа снижения электромагнитных сил и моментов, позволяющего улучшить виброакустические показатели СМПМ в составе регулируемых электроприводов (дополнение теории проектирования электрических машин с ПУВ).

Задачи работы. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Выполнить сравнительный анализ схем обмоток с целым и дробным q для нахождения наиболее перспективного типа обмотки с точки зрения снижения магнитной вибрации СМПМ в составе регулируемого электропривода.

2. Определить гармонический состав поля обмоток с различными q. Рассчитать обмоточные коэффициенты пространственных гармоник поля с помощью различных аналитических формул и установить адекватность их решения с использованием полевого метода расчета.

3. Определить влияние пространственных гармоник поля, созданных обмотками с дробным q, на добавочные потери в роторе СМПМ.

4. Провести расчетно-теоретическое исследование электромагнитных сил и моментов при использовании целого и дробного q в СМПМ в режимах холостого хода и нагрузки, в том числе при эксцентриситете ротора. Аналитически определить спектры вибрации СМПМ.

5. Провести экспериментальные исследования влияния дробного q на вибрационные показатели СМПМ. Выполнить сравнительный анализ результатов эксперимента и аналитических расчетов.

Научная новизна. В результате выполненной работы были получены

следующие научные результаты:

1. Разработан и предложен способ расчета коэффициентов распределения субгармоник и гармоник магнитного поля дробного порядка с помощью обмоточных функций с использованием специальной полюсно-фазной таблицы.

2. Доказано, что при равных амплитудах различных гармоник поля наибольшие добавочные потери в роторе создают субгармоники и при проектировании электрической машины с дробным q для минимизации добавочных потерь необходимо их учитывать.

3. Разработана простая математическая модель, описывающая процесс образования распределения индукции в воздушном зазоре СМПМ и позволяющая определить порядки гармоник магнитного поля при различных типах эксцентриситета.

4. С помощью численных методов доказано, что применение обмотки с q>1 позволяет устранить пульсации электромагнитного момента в СМПМ без применения специальных технических решений, а в случае возникновения эксцентриситета ротора - уменьшить их амплитуду.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая и

практическая ценность работы определяется следующими положениями:

1. Показано, что СМПМ с точки зрения снижения добавочных электромагнитных сил и моментов являются одними из наиболее перспективных типов электрических машин.

2. Установлено, что традиционные методики расчета обмоточных коэффициентов для субгармоник и гармоник магнитного поля дробного четного порядка дают завышенные результаты. Наиболее адекватное решение можно получить методом обмоточных функций.

3. Представлены результаты расчетов добавочных потерь в роторе СМПМ мощностью 550 Вт, показано влияние на их значения порядка гармоники, межполюсного воздушного зазора и материала постоянных магнитов.

4. Показано, что выбор шага обмотки оказывает влияние на амплитуды субгармоник магнитного поля при использовании обмотки с дробным q. При этом двухслойные обмотки являются более предпочтительными с точки зрения уменьшения амплитуд субгармоник по сравнению с однослойными обмотками.

5. Представлены рекомендации по выбору q при проектировании СМПМ с ПУВ c точки зрения уменьшения пульсаций электромагнитного момента и снижения радиальных электромагнитных сил, в том числе и при возникновении различных типов эксцентриситета.

6. Представлены результаты испытаний экспериментальных образцов СМПМ с различным q.

Методы исследования. При проведении исследований применялись

теоретические, расчетные и экспериментальные методы, а именно:

1. Электромагнитные расчеты выполнены с помощью метода конечных элементов.

2. Для определения гармоник индукции и расчета электромагнитного момента использовался метод гармонического анализа с помощью рядов Фурье.

3. Общие аналитические выражения получены с использованием методов теории электрических машин.

4. Сравнение трехфазных СМПМ с различными числами пазов и полюсов (в том числе и в режиме нагрузки) выполнено с использованием теории подобия.

5. Вибрационные характеристики получены с помощью современного программного обеспечения и аппаратуры. Частоты электромагнитных сил определены методом частотного анализа с помощью многоканального виброанализатора LAN XI 3050-А-60.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Результаты расчетов и анализа обмоточных коэффициентов для субгармоник и гармоник магнитного поля дробного порядка.

2. Результаты моделирования и расчета магнитного поля СМПМ при различных схемах обмоток и соответствующих им зубцово-пазовых зон.

3. Результаты расчетов добавочных потерь в роторе СМПМ от пространственных гармоник статора.

4. Результаты сравнения электромагнитных сил и пульсаций момента при различных числах пазов и полюсов при сохранении формы и площади пазов и использования полюсной дуги в качестве критерия подобия в режимах холостого хода и нагрузки, в том числе при различных типах эксцентриситета.

5. Результаты экспериментального исследования и сравнительного анализа электрических машин с целым и дробным q.

Личный вклад автора. Положения и результаты диссертации получены автором лично. Кроме того, автор принимал непосредственное участие в выполнении расчетов, создании макетных образцов и проведении физического эксперимента.

Степень достоверности результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием апробированных методов расчета, а также экспериментальными данными, полученными на макетных образцах.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на конференциях:

1. XXI и XXIV Ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», 2015, 2018).

2. Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электромеханики и электротехнологий АПЭЭТ-2017" (г. Екатеринбург, ФГАОУ ВПО УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2017).

3. Международной научно-технической конференции "Энергетика: состояние, проблемы, перспективы" (г. Бишкек, КГТУ им. И. Раззакова, 2017).

4. XVII Международной конференции "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты" (г. Алушта, Крым, 2018).

Внедрение результатов работы. Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы реализованы в АО «Корпорация «ВНИИЭМ», а также внедрены в учебный процесс кафедры ЭМЭЭА ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в лекционный курс по дисциплине "Шумы и вибрации электрических машин".

Публикации. По результатам работы опубликовано 11 печатных работ [9-19], в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ [9-11], получено 3 патента на изобретения [12-14].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы из 132 наименований и шести приложений. Общий объем работы составляет 149 страниц, в том числе 12 таблиц и 71 рисунок.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту и практическая ценность работы, а также показана ее структура.

В первой главе на основе последних публикаций проведен критический анализ различных типов электрических машин с пониженными уровнями вибрации. Установлено, что СМПМ являются перспективными электрическими машинами с точки зрения снижения вибрации, однако теория их проектирования требует дополнений. Рассмотрены особенности использования различного q в машинах переменного тока и приводится общая характеристика схем обмоток. Выполнен анализ текущих исследований схем обмоток с различным q.

Во второй главе с помощью метода конечных элементов проведен расчет магнитных полей обмоток с целым и дробным q, получен их гармонический состав и выполнен сравнительный анализ. Показано, что использование дробного q позволяет существенно снизить амплитуды зубцовых гармоник индукции, являющихся причиной повышенной магнитной вибрации машин переменного тока, но при этом приводит к появлению в спектре индукции субгармоник и гармоник дробного порядка, являющихся источниками добавочных потерь в массивном роторе и дополнительных электромагнитных сил. С помощью различных формул выполнен расчет обмоточных коэффициентов гармоник магнитного поля. Наиболее адекватное решение получено методом обмоточных коэффициентов, предложен способ расчета обмоточных коэффициентов с помощью специальной таблицы. Приведены результаты полевого расчета обмоточных коэффициентов. Представлены результаты гармонического анализа индукции в зазоре при различном шаге обмотки. Исследованы добавочные потери в роторе СМПМ, возникающие в результате появления вихревых токов в массивных элементах ротора.

Третья глава посвящена исследованию электромагнитных сил и моментов и их влияния на вибрацию СМПМ с различным q. Для расчета радиальных электромагнитных сил и пульсаций электромагнитного момента использованы максвелловские силы натяжений. Представлены результаты этих расчетов для СМПМ с различными числами пазов и полюсов. Показано влияние субгармоник магнитного поля на распределение радиальных электромагнитных сил по полюсам электрической машины. Произведена оценка влияния амплитуды субгармоники индукции на вибрацию машин переменного тока. С помощью метода конечных элементов и использования расчетной программы FEMM найдены пульсации электромагнитного момента в режимах холостого хода и нагрузки. Проведен сравнительный анализ пульсаций момента для СМПМ с различными числами пазов и полюсов. Предложено аналитическое выражение, описывающее механизм образования индукции в воздушном зазоре при эксцентриситете ротора. Рассчитаны электромагнитные силы и пульсации

момента при различных типах эксцентриситета. Показано, что использование схем обмоток с q>1 позволяет устранить пульсации момента в нормальном состоянии машины и снизить их амплитуды при эксцентриситете.

Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований вибрации макетных образцов АМ и СМПМ мощностью 550 Вт. Приведена схема испытательного стенда и подробно описана измерительная аппаратура. Проведено сравнение третьоктавных и узкополосных спектров вибрации АМ и СМПМ с целым и дробным q. Показано, что использование обмотки с дробным q позволяет существенно снизить амплитуды электромагнитных составляющих вибрации.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований.

В приложениях приведены вспомогательные материалы.

Глава 1. Обзор исследований электрических машин переменного тока с пониженными уровнями вибрации и современное состояние вопроса о выборе числа пазов на полюс и фазу

1.1 Критический анализ различных типов электрических машин с пониженными уровнями вибрации

Для сравнения различных типов электрических машин с точки зрения их виброакустических характеристик необходимо понимание процессов, происходящих при образовании нежелательных сил и моментов. При этом основное внимание должно быть уделено электромагнитным источникам, поскольку способы борьбы с ними достаточно сложны и могут быть в разной степени эффективны для различных типов электрических машин [20, 21]. Способы уменьшения вибрации, обусловленной механическими и аэродинамическими источниками, могут быть применены в равной степени ко всем типах электрических машин. Для снижения влияния вибрации механического происхождения обычно используются подшипники качения повышенного класса малошумности или подшипники скольжения. Аэро- и гидродинамические источники вибрации устраняются применением специальных конструкций нагнетательного элемента, а также оптимальной геометрией путей прохождения хладагента [8, 20-23].

Наиболее изученной и распространенной среди известных на данный момент электрических машин с ПУВ является асинхронная машина (АМ). Достоинства АМ с беличьей клеткой хорошо известны: простота и надежность их конструкции, ремонтопригодность, низкая стоимость производства, эксплуатации и утилизации, относительно высокий КПД. Благодаря этим преимуществам АМ с ПУВ стали объектом многих научно-исследовательских работ, были созданы их первые серии, собрано множество экспериментальных данных [24-32]. На протяжении многих десятилетий АМ безальтернативно использовались в судовой технике. Успешному внедрению АМ с ПУВ способствовали и некоторые

эксплуатационные достоинства. Так, в отличие от СМПМ, у АМ довольно просто устраняется статический дисбаланс ротора. При разделении источников вибрации использовать АМ оказывается удобно, поскольку механические и электромагнитные дискретные составляющие отличаются на величину скольжения и в режиме нагрузки могут быть довольно просто выявлены и разделены в отличие от СМПМ.

Добавочные электромагнитные силы в АМ имеют множество причин и источников их возникновения: несинусоидальная МДС, неравномерный воздушный зазор, эксцентриситет, насыщение зубцов. Особенно важным обстоятельством служит относительно низкая величина воздушного зазора, обусловленная стремлением к уменьшению намагничивающего тока, вследствие чего действие электромагнитных сил оказывается значительным.

За прошедший век накоплено достаточное количество публикаций и рекомендаций по проектированию АМ с ПУВ, а также известно множество различных способов уменьшения вибрации электромагнитного происхождения [33-37]. К примеру, хорошо известен способ снижения зубцовых составляющих вибрации с помощью выбора оптимального скоса пазов. Помимо традиционного скоса, выполняемого смещением листов пакета статора на величину одного зубцового деления, в последние годы появляются более сложные формы и способы выполнения скоса: двойной [38-40], шевронный [40], змеевидный [41, 42] и другие (рисунок 1.1). Для снижения амплитуд высших гармоник проводимости используются известные таблицы соотношений чисел пазов статора и ротора различных авторов [24, 43-45], которые составлены на основе многолетнего опыта проектирования и испытаний АМ. Для повышения порядка гармоник проводимости используются специальные проточки на зубцах статора или ротора (рисунок 1.2) [46]. Большинство известных на сегодняшний день способов снижения вибрации различных типов электрических машин было исследовано и применено именно в АМ.

а) одинарный скос

б) двойной скос

в) шевронный скос г) змеевидный скос

Рисунок 1.1 - Типы скоса пазов ротора АМ

Рисунок 1.2 - Ротор АМ с выполненными на коронках зубцов проточками

Несмотря на имеющиеся преимущества АМ, их использование для достижения современных требований по виброакустике ставится под вопросом из-за множества причин образования электромагнитных составляющих вибрации, обусловленных как разнообразием природы их происхождения, так и малым воздушным зазором, а также вследствие отсутствия новых технических решений, позволяющих снизить вибрацию без существенного снижения показателей машины: энергетических, массогабаритных, ресурсных.

В синхронной машине (СМ) в отличие от АМ существенную роль в формировании магнитного поля в воздушном зазоре играют гармоники, созданные МДС поля возбуждения. Известные методики расчета и рекомендации по проектированию посвящены СМ традиционной конструкции с контактными кольцами на роторе [21, 33, 47]. Однако из-за имеющихся недостатков, обусловленных наличием щеточно-контактного узла, таких как: потери на возбуждение, низкая надежность, необходимость в источнике постоянного тока, износ трущихся частей, повышенный шум; классические СМ в области судовой техники не нашли применения. Более практичным оказалось использование специальных СМ:

- СМ с постоянными магнитами (СМПМ);

- СМ со встроенными постоянными магнитами (СМВПМ);

- синхронных реактивных машин (СРМ).

Кроме того, перспективным является применение вентильно-индукторных машин (ВИМ).

Использование синхронной машины с постоянными магнитами (СМПМ) позволяет устранить недостатки классических СМ. Их широкое распространение стало возможным благодаря использованию редкоземельных постоянных магнитов из NdFeB и SmCo, обладающих высокими энергетическими показателями, повышенными коэрцитивной силой и остаточной индукцией. Проведенные исследования показывают, что применение СМПМ в судовой технике является весьма удачным [4, 5, 48]. Электромагнитное поле ротора СМПМ, созданное постоянными магнитами, обладает малым составом высших гармоник. Кроме того, СМПМ с редкоземельными магнитами имеют сравнительно большой воздушный зазор, что позволяет уменьшить влияние высших гармоник. Проблема отсутствия регулирования возбуждения и скорости вращения в них успешно решается благодаря применению ПЧ. Работы, посвященные сравнению СМПМ с другими типами электрических машин, подтверждают их конкурентоспособность. Так в [1, 2] установлено, что СМПМ имеют меньшие уровни шумов и вибраций по сравнению с ВИМ.

Стоит рассмотреть и недостатки СМПМ. Прежде всего, отметим их более высокий уровень пульсаций электромагнитного момента по сравнению с АМ за счет большей энергоемкости постоянных магнитов. В случае возникновения эксцентриситета ротора нескомпенсированные радиальные силы, возникающие из-за несимметрии всей магнитной системы, приводят к повышенному шуму и вибрации, сопровождающиеся износом подшипникового узла и уменьшением ресурса электрической машины [49]. Хорошо известны и другие производственные дефекты магнитной системы ротора, такие как неравномерное намагничивание ротора в осевом и радиальном направлениях, что оказывает существенное влияние на отдельные составляющие спектров вибрации. Кроме того, производство СМПМ является более сложным и трудоемким по сравнению с производством АМ. Ряд вопросов по их расчету, проектированию, производству и испытаниям еще не исследован.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сидоров Антон Олегович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Omekanda, A. M. Acoustic noise of switched reluctance and permanent magnet motors: a comparison in the context of electric brakes / A.M. Omekanda, S. Gopalakrishnan, H. Klode // IEEE Industry Annual Meeting. - 2007. - pp. 2147.

2. Stuckman, C. Noise and vibration levels of modern electric motors / C. Stuckman // PCIM Europe 2016; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management. - 2016. - pp. 1345.

3. Min, S. G. Modeling and investigation on electromagnetic noise in PM motors with single and double layer concentrated winding for EV and HEV application / S.G. Min, B. Sarlioglu // IEEE Transaction on Transportation Electrification. - 2018. - Vol.

4. - N 1. - pp. 292.

4. Магин, В. В. Особенности конструкции высокоскоростных синхронных генераторов с постоянными магнитами, предназначенных для работы в составе системы электродвижения / В. В. Магин, М. Б. Панасюк // Вопросы Электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. - 2015. - Т. 144. - C. 18.

5. Сарычев, А. П. Результаты разработки ряда герметичных электронасосов с малошумным регулируемым электроприводом на базе синхронных двигателей с постоянными магнитами / А.П. Сарычев [и др.] // Вопросы Электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. - 2017. - Т. 159. - С. 9.

6. Осин, И. Л. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами / И. Л. Осин, В. П. Колесников, Ф. М. Юферов. - М.: Энергия, 1976. - 232 с.

7. Балагуров, В. А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: учеб. пособие для студентов вузов / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев, А. Н. Ларионов. - М.: Высшая школа, 1982. - 272 с.

8. Воронкин, В. А. Вопросы электромеханики. Методы проектирования малошумных электрических машин / В. А. Воронкин [и др.] // Сборник трудов №103 НПП ВНИИЭМ. М.: Изд-во ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2006. - 178 с.

9. Беспалов, В. Я. Исследование пульсаций электромагнитного момента синхронных машин с постоянными магнитами с целым и дробным значениями q /

B. Я. Беспалов, М. Е. Коварский, А. О. Сидоров // Электричество. - 2018. - №5. -

C. 45.

10. Беспалов, В. Я. Некоторые вопросы повышения плавности вращения электрических приводов / В. Я. Беспалов, Б. Н. Каржавов, А. О. Сидоров // Электричество. - 2018. - №8. - С. 42.

11. Беспалов, В. Я. Эксцентриситет ротора синхронных машин с постоянными магнитами / В. Я. Беспалов, М. Е. Коварский, А. О. Сидоров, А. С. Иванов // Электричество. - 2018. - №12. - С. 34.

12. Исполнительный агрегат электропривода: пат. 2653065 Российская Федерация: МПК7 Н02Р 6/06; Н02Р 6/16; Н02Р 6/17; Н02К 29/06; Н02К 29/14 / Каржавов Б.Н., Беспалов В.Я., Сидоров А.О.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ») - заявл. 31.01.2017.

13. Исполнительный агрегат электропривода: пат. 2656882 Российская Федерация: МПК7 Н02К 29/08; Н02К 29/14; Н02Р 6/16; Н02Р 6/17 / Каржавов Б.Н., Беспалов В.Я., Сидоров А.О.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ») - заявл. 11.07.2017.

14. Многодвигательный привод поворотной платформы: пат. 2656999 Российская Федерация: МПК7 Н02Р 6/00; Н02Р 6/04; Н02Р 6/16 / Каржавов Б.Н., Беспалов В.Я., Сидоров А.О.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ») - заявл. 11.07.2017.

15. Сидоров, А. О. Исследование принципов создания малошумных судовых электромашин / А. О. Сидоров, В. Я. Беспалов // Тезисы докладов 21-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика». - 2015. - Т. 2. - С. 126.

16. Сидоров, А. О. Исследование электрических машин переменного тока с дробным q / А. О. Сидоров, В. Я. Беспалов // Тезисы докладов 24-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика». - 2018. - С. 362.

17. Беспалов, В. Я. Исследование обмотки с дробным q машин переменного тока / В. Я. Беспалов, М. Е. Коварский, А. О. Сидоров // Актуальные проблемы электромеханики и электротехнологий АПЭЭТ-2017. - 2017. - С. 131.

18. Беспалов, В. Я. Вибрация электрических машин переменного тока с дробным q / В. Я. Беспалов, М. Е. Коварский, А. О. Сидоров // Международная научно-техническая конференция «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». - 2017. - С. 54.

19. Беспалов, В. Я. Электромагнитные силы синхронных машин с постоянными магнитами / В. Я. Беспалов, М. Е. Коварский, А. О. Сидоров // Труды XVII международной конференции «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические Материалы и Компоненты». - 2018. - С. 116.

20. Воронецкий, Б. Б. Магнитный шум асинхронных электродвигателей / Б. Б. Воронецкий, Э. Р. Кучер. - Л.: ГОСЭНЕРГОИЗДАТ, 1957. - 56 с.

21. Астахов, Н. В. Магнитные вибрации синхронных машин / Н. В. Астахов, Т. С. Юргенсон. - М.: МЭИ, 1987. - 84 с.

22. Астахов, Н. В. Проектирование электрических машин с пониженными уровнями вибрации. Машины постоянного тока / Н. В. Астахов, В. С. Малышев, В. Т. Медведев, В. Ф. Полухин. - М.: МЭИ, 1985. - 76 с.

23. Астахов Н.В., Малышев В.С., Медведев В.Т., Полухин В.Ф. Расчет магнитных вибраций асинхронных двигателей. - М.: МЭИ, 1985. - 96 с.

24. Геллер, Б. Высшие гармоники в асинхронных машинах / Б. Геллер, В. Гамата; пер. с англ. под ред. З. Г. Каганова. - М.: Энергия, 1981. - 352 с.

25. Астахов, Н. В. Математическое моделирование вибраций асинхронных машин / Н. В. Астахов, В. С. Малышев, Н. Я. Овчаренко. - Кишинев: Штиинца, 1987. - 145 с.

26. Шумилов, Ю.А. Асинхронные двигатели с улучшенными виброакустическими показателями / Ю. А. Шумилов, В. К. Чебанюк. - Киев: Тэхника, 1991. - 160 с.

27. Каплин, А. И. Исследование шумовых и вибрационных характеристик трехфазных асинхронных двигателей единых серий общего применения / А. И. Каплин, Э. П. Клименко, Н. И. Муркес // Сборник трудов №37 НПП ВНИИЭМ. -1971. - С. 57.

28. Каплин, А. И. Исследование магнитных вибраций асинхронных двигателей / А. И. Каплин, Э. П. Клименко // Сборник трудов №37 НПП ВНИИЭМ. - 1971. -С. 70.

29. Муркес, Н. И. Методы снижения шума и вибрации электрических машин при их разработке и модернизации / Муркес Н.И. [и др.] // Сборник «Конструирование и изготовление электрических машин с улучшенными виброакустическими характеристиками». - 1968. - вып. 1. - с. 48.

30. Ковалев, Ю. М. Осевые вибрации асинхронных электродвигателей / Ю. М. Ковалев [и др.] // Сборник трудов №46 НПП ВНИИЭМ. - 1976. - С. 62.

31. Зубренков, Б. И. Вибрации асинхронных двигателей при пуске / Зубренков Б. И. [и др.] // Сборник трудов №86 НПП ВНИИЭМ. - 1988. - С. 103.

32. Макриденко, Л. А. Электрические машины для специальных применений / Л. А. Макриденко [и др.] // Вопросы Электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. -2008. - Т. 107. - С. 16.

33. Шубов, И. Г. Шум и вибрация электрических машин / И. Г. Шубов. - Л.: Энергия, 1973. - 200 с.

34. Волков, Л. К. Вибрации и шум электрических машин малой мощности / Л. К. Волков [и др]. - Л.: Энергия, 1979. - 206 с.

35. Исакович, М. М. Устранение вибраций электрических машин / М. М. Исакович, Л. И. Клейман, Б. Х. Перчанок. - Л.: Энергия, 1969. - 216 с.

36. Медведев, В. Т. Влияние несинусоидального и несимметричного напряжения питания на виброакустические характеристики трехфазных

асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: дис. на соискание степени канд. техн. наук: 05.09.01 / В. Т. Медведев. - М. - 1976. - 162 с.

37. Медведев, В. Т. Обеспечение безопасности и комфортности жизнедеятельности человека путем снижения негативного влияния вибрации и шума электрических машин на окружающую среду: дис. на соискание степени доктора техн. наук: 05.09.01 / В. Т. Медведев - М. - 1997. - 45 с.

38. Wang, L. Influence on vibration and noise of squirrel-cage induction machine with double skew rotor for different slot combinations / L. Wang, X. Bao, C. Di, Y. Zhou // IEEE Transactions on Magnetics. - 2016. - Vol. 52. - N 7. - 2539979.

39. Xu, W. Optimal angle combination or improving electromagnetic torque in induction motor with double skewed rotor / W. Xu, X. Bao, C. Di, Y. Chen // IEEE Transactions on Magnetics. - 2017. - Vol. 53. - N 11. - 2707239.

40. Wang, C. Analysis of vibration and noise for different skewed slot type squirrel-cage induction motor / С. Wang [и др.] // IEEE Transactions on Magnetics. - 2017. -Vol. 53. - N 11. - 2704038.

41. Wang, L. Effects of novel skewed rotor in squirrel-cage induction machine on electromagnetic force / L. Wang, X. Bao, C. Di, J. Li // IEEE Transactions on Magnetics. - 2015. - Vol. 51. - N 11. - 8114204.

42. Wang, L. Effects of novel skewed rotor in squirrel-cage induction machine on electromagnetic force and vibration characteristics / L. Wang, X. Bao, C. Di, J. Li // 2015 IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG). - 2015. - 7157420.

43. Костенко, М. П. Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 2. - Машины переменного тока: учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. П. Костенко, Л. М. Пиотровский. - Л.: Энергия, 1973. - 648 c.

44. Копылов, И. П. Проектирование электрических машин: учеб. для вузов / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев; под ред. И. П. Копылова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2005. - 767 с.

45. Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин: учебник / О. Д. Гольдберг, И. С. Свириденко; под ред. О. Д. Гольдберга. - 3-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2006. - 430 с.

46. Zhou, G-Y. Rotor notching for electromagnetic noise reduction of induction motors / G-Y. Zhou, J-X. Shen // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2017. -Vol. 53. - N 4. - pp. 3361

47. Юргенсон, Т. С. Исследование магнитных вибровозмущающих сил синхронных явнополюсных машин: дис. на соискание степени канд. техн. наук: 05.09.01 / Т. С. Юргенсон. - М., 1977. - 163 с.

48. Магин, В. В. Особенности проектирования роторов малошумных синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов / В. В. Магин // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. - 2015. - № 1. - C. 3.

49. Gomez, I. Analytical model to calculate magnetic flux density in permanent magnet synchronous machines with static eccentricity / I. Gomez [и др.] // 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM). - 2016. - pp. 152.

50. Schofield, N. Parasitic rotor losses in a brushless permanent magnet traction machine / N. Schofield, K. Ng, Z. Q. Zhu, D. Howe // 1997 Eighth International Conference on Electrical Machines and Drives (Conf. Publ. №444). - 1997. - pp. 200.

51. Vagati, A. Design of low-torque-ripple synchronous reluctance motors / A. Vagati [и др.] // IEEE Transactions on Industry Applications. - 1998. - Vol. 34. - N 4. - pp. 758.

52. Birte, O. Study of torque ripple and noise for different rotor topologies of a synchronous reluctance machine / O. Birte [и др.] // 2015 The 9th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). - 2015. - pp. 933.

53. Hubert, T. Torque ripple minimization of reluctance synchronous machines by continuous and discrete rotor skewing / T. Hubert [и др.] // 2015 5th International Electric Drives Production Conference (EDPC). - 2015. - 7323229.

54. Rahman, T. Comparison of fractional-slot concentrated winding and PM-assisted synchronous reluctance motors for class IV electric vehicles / T. Rahman [и др.] // 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC). - 2017. -8002173.

55. Khan, K. Design and performance analysis of a permanent-magnet assisted synchronous reluctance machine for an integrated charger application / K. Khan [и др.]

// The XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010. - 2010. -5607905.

56. Lu, Y. Magnetic stress and vibration analysis of the permanent magnet assisted synchronous reluctance machines / Y. Lu [h gp.] // 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC). - 2017. - 8002282.

57. Pellegrino, G. Core losses and torque ripple in IPM machines: dedicated modeling and design tradeoff / G. Pellegrino [h gp.] // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2010. - Vol. 46. - N 6. - pp. 2381.

58. Yang, Z. Comparative study of interior permanent magnet, induction and switched reluctance motor drives for EV and HEV applications / Z. Yang [h gp.] // IEEE Transactions on Transportation Electrification. - 2015. - Vol. 1. - N 3. - pp. 245.

59. Pollock, C. Acoustic noise cancellations techniques for switched reluctance drives / C. Pollock, C. Y. Wu // IEEE Transactions on Industry Applications. - 1997. -Vol. 33. - N 2. - pp. 477.

60. Krishnamurity, M. Making the case for applications of switched reluctance motor technology in automotive products / M. Krishnamurity [h gp.] // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2006. - Vol. 21. - N 3. - pp. 659.

61. Anwar, M. N. Radial force calculation and acoustic noise prediction in switched reluctance machines / M. N. Anwar, I. Husain // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2000. - Vol. 36. - N 6. - pp. 1589.

62. Krishnan, R. State of the art: acoustic noise in switched reluctance machines / R. Krishnan, P. Vijayraghavan // IECON'98. Proceedings of the 24th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society. - 1998. - Vol. 2. - pp. 929.

63. Laudensack, C. Vibration and noise analyses of canned switched reluctance machines with different winding topologies / C. Laudensack, D. Gerling // 2014 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). - 2014. - pp. 1847.

64. Kim, K-B. Field analysis of low acoustic noise switched reluctance motor / K-B. Kim // IEEE Transactions on Magnetics. - 1997. - Vol. 33. - N 2. - pp. 2026.

65. Belhadi, M. Evaluation of a switched reluctance motor with magnetic slot wedges / M. Belhadi [и др.] // 2014 International Conference on Electrical Machines (ICEM). -2014. - pp. 150.

66. Kakishima, T. Pole selection and vibration reduction of switched reluctance motor for hybrid electric vehicles / T. Kakishima [и др.] // 2014 IEEE Conference and Expo Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific). - 2014. -6940993.

67. Никифоров, Б. В. Создание корабельных систем электродвижения с вентильно-индукторным электроприводом / Б. В. Никифоров, А. Л. Темирев, О. Е. Лозицкий // Известия вузов. Электромеханика. - 2007. - №4. - C. 62.

68. Кузьмичев, В. А. Вентильно-индукторный двигатель для привода механизмов собственных нужд электростанций: дис. на соискание степени канд. техн. наук: 05.09.01 / В. А. Кузьмичев. - М., 2004. -169 с.

69. Lawrenson, P. J. Switched reluctance motor drives / P. J. Lawrenson // IEEE Electronics and Power. - 1983. - pp. 144.

70. Vijayraghavan, P. Noise in electrical machines: a review / P. Vijayraghavan, R. Krishnan // IEEE Transactions on Industry Applications. - 1998. - Vol. 35. - N 5. - pp. 1007.

71. Rasmussen, P. O. Structural stator spacers - a solution for noise reduction of switched reluctance motors / P. O. Rasmussen, J. H. Andreasen, J. M. Pijanowski // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2004. - Vol. 40. - N 2. - pp. 574.

72. Gan, C. Investigation of skewing effects on the vibration reduction of three-phase switched reluctance motors / C. Gan [и др.] // IEEE Transactions on Magnetics. - 2015. - Vol. 51. - N 9. - 8203509.

73. Антонов, М. В. Технология производства электрических машин: учебник для вузов / М. В. Антонов, Л. С. Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 512 с.

74. Зимин, В. И. Обмотки электрических машин / В. И. Зимин [и др.]. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1970. - 472 с.

75. Жерве, Г. К. Обмотки электрических машин / Г. К. Жерве. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 400 с.

76. Маршак, Е. Л. Ремонт электрических машин общепромышленного применения / Е. Л. Маршак, Р. Б. Уманцев. - М.: Энергия, 1972. - 280 с.

77. Топорков, Д. М. Зубцовые пульсации момента в машинах с дробными обмотками и возбуждением от постоянных магнитов: дис. на соискание степени канд. техн. наук: 05.09.01 / Д. М. Топорков - Новосибирск, 2016. - 137 c.

78. Шевченко, А. Ф. Многополюсные синхронные машины с дробными q<1 зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов / А. Ф. Шевченко // Электротехника. - 2007. - №9. - C. 3.

79. EL-Refaie, A. M. Fractional-slot concentrated-windings synchronous permanent magnet machines: opportunities and challenges / A. M. EL-Refaie // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2010. - Vol. 57. - N 1. - pp. 107.

80. Попов, В. И. Современные асинхронные электрические машины: Новая Российская серия RA / В. И. Попов, Т. А. Ахунов, Л. Н. Макаров. - М.: Изд-во «Знак», 1999. - 256 с.

81. Шевченко, А. Ф. Анализ магнитодвижущих сил дробных зубцовых обмоток электрических машин / А. Ф. Шевченко, Т. В. Честюнина // Электротехника. -2009. - №12. - C. 3.

82. Приступ, А. Г. Исследование способов уменьшения пульсаций момента в магнитоэлектрических синхронных машинах с дробными зубцовыми обмотками / А. Г. Приступ, Д. М. Топорков // Известия вузов. Электромеханика. - 2013. - №6. - C. 14.

83. Breton, C. Influence of machine symmetry on reduction of cogging torque in permanent-magnet brushless motors / C. Breton [и др.] // IEEE Transactions on Magnetics. - 2000. - Vol. 36. - N 5. - pp. 3819.

84. Bianchi, N. An overview of rotor losses determination in three-phase fractional-slot PM machines / N. Bianchi, S. Bolognani, E. Fornasiero // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2010. - Vol. 46. - N 6. - pp. 2338.

85. Шевченко, А. Ф. Математическая модель многополюсных синхронных машин с зубцовыми обмотками с амплитудно-модулированным полем / А. Ф. Шевченко // Электротехника. - 1999. - №12. - C. 28.

86. Шевченко, А. Ф. Безредукторный электромеханический усилитель рулевого управления легковых автомобилей / А. Ф. Шевченко, А. В. Комаров, О. И. Новокрещенов, В. В. Мизевич // Электротехника. - 2007. - №9. - С. 32.

87. Пиотровский, Л. М. Электрические машины: учебник для энергетических техникумов / Л. М. Пиотровский; ред. А. Р. Деро - М.: Госэнергоиздат, 1974. - с. 504.

88. Коробков, Ю. С. Обмотки электрических машин переменного тока с целым и дробным числом пазов на полюс и фазу: учеб. пособие / Ю. С. Коробков. - М.: Издательство МЭИ, 2016. - 148 с.

89. Рихтер, Р. Обмотки якорей машин переменного и постоянного тока / Р. Рихтер. - Л.: ОНТИ, 1933. - 213 с.

90. Кучера, Я. Обмотки вращательных электрических машин / Я. Кучера, Й. Гапл; под ред. Б. Геллер. - Прага: Издательство Академии наук ЧССР, 1963. - 983 с.

91. Справочная книга для электротехников (СЭТ) Т. 5. / Под ред. М.А. Шателена, В. Ф. Миткевича, В. А. Толвинского. - Л.: Кубуч, 1934. - 391 с.

92. Арнольд, Э. Техника переменного тока. Т.3: Обмотки машин переменного тока / Э. Арнольд. - Берлин: Издательство Ю. Шпрингер, 1912. - 367 с.

93. Лившиц-Гарик, М. Обмотки машин переменного тока / М. Лившиц-Гарик; под ред. П. С. Сергеева. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 768 с.

94. Домбровский, В. В. Основы проектирования электрических машин переменного тока / В. В. Домбровский, Г. М Хуторецкий. - Л.: Энергия, 1974. -504 с.

95. Сорокер, Т. Г. Составление схем и расчет обмоточных коэффициентов симметричных петлевых обмоток многофазного переменного тока / Т. Г. Сорокер, Ю. В. Мордвинов // Вестник электропромышленности. - 1955. - №2. - С. 16.

96. Заславский, Д. И. Двухслойные трехфазные обмотки с дробными числами пазов на полюс и фазу / Д. И. Заславский // Вестник электропромышленности. -1935. - №12. - С. 16.

97. Вольдек, А. И. Намагничивающие силы трехфазных дробных обмоток / А. И. Вольдек // Труды ЛПИ. Электромашиностроение. - 1960. - № 209. - С. 254.

98. Дулькин, А. И. Намагничивающая сила обмотки якоря высоковольтного гидрогенератора / А. И. Дулькин // Труды МЭИ. - 1971. - №78. - С. 39.

99. Ипатов, П. М. Гармонические МДС обмотки статора с дробным числом пазов на полюс и фазу / П. М. Ипатов // Сб. Электросила. - 1961. - №20. - С. 39.

100. Касьянов, В.Т. Составление схем петлевых и волновых обмоток трехфазного тока / В. Т. Касьянов // Сб. Электросила. - 1981. - № 33. - С. 25

101. Мамедов, Ф. А. Некоторые вопросы построения схем обмоток трехфазных машин с q<1 / Ф. А. Мамедов, Ю. С. Коробков // Сб. Тр. Смоленского филиала МЭИ, вып.1, «Электромеханика и автоматика». -1970. - С. 67

102. Иванов-Смоленский, А. В. Автоматизация составления схем симметричных многофазных обмоток переменного тока / А. В. Иванов-Смоленский, В. А. Мартынов // Электричество. - 1982. - №1. - С. 69.

103. Попов, В. И. Матричный анализ схем обмоток совмещенных электрических машин / В. И. Попов // Электричество. - 1984. - №11. - С. 36.

104. Юдов, М. Ф. Вибрация и деформация обмоток статоров синхронных машин / М. Ф. Юдов. - М.: Энергия, 1968. - 114 с.

105. Касьянов, В. Т. Составление некоторых специальных схем трехфазных волновых обмоток / В. Т. Касьянов // Сборник завода «Электросила». - 1951. -№8. - С. 41

106. Шмитц, Н. Введение в электромеханику / Н. Шмитц, Д. Новотный. - М.: Энергия, 1969. - 336 с.

107. Попов, В. И. Трехфазные, специальные и совмещенные обмотки для электрических машин переменного тока. Основы теории и расчета / В. И. Попов, Ю. Н. Петров. - Нижний Новгород: ВТИПИ, 1995. - 360 с.

108. Домбровский, В. В. Проектирование гидрогенераторов / В. В. Домбровский. - Л.: Энергия, 1967. - 364 с.

109. Домбровский, В. В. Гидрогенераторы / В. В. Домбровский, А. А. Дукштау, Г. Б. Пинский. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 366 с.

110. Lugand, T. Comparison between the salient-pole synchronous machine and the double-fed induction machine with regards to electromagnetic parasitic forces and stator vibrations / T. Lugand, A. Schwey // IEEE Transactions on Industry Applications. -2017. - Vol. 53. - N 6. - pp. 5284.

111. Bianchi, N. Design considerations on fractional-slot fault-tolerant synchronous motors / N. Bianchi [и др.] // IEEE International Conference on Electric Machines and Drives. - 2005. - pp. 902.

112. Han, S. H. Torque ripple reduction in interior permanent magnet synchronous machines using stators with odd number of slots per pole pair / S. H. Han [и др.] // IEEE Transactions on Energy Conversion. - 2010. - vol. 25. - N 1. - pp. 118.

113. Rao, J. Torque ripple reduction for interior permanent magnet machines using overlapping windings with fractional slot per pole pair / J. Rao [и др.] // 2015 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices (ASEMD). - 2015. - pp. 506.

114. Гончаров, В. И. Моделирование магнитных полей в электрических машинах: учебное пособие / В. И. Гончаров. - М.: Издательство МЭИ, 2018. - 80 с.

115. Домбровский, В. В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах / В. В. Домбровский. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

116. Кучер, Э. Р. Приближенная оценка магнитных вибраций на зубцовой частоте трехфазных короткозамкнутых асинхронных двигателей / Э. Р. Кучер, Н. И. Муркес // Сборник трудов №37 НПП ВНИИЭМ. - 1971. - C. 97.

117. Беспалов, В. Я. Электрические машины: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. Я. Беспалов, Н. Ф. Котеленец. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 320с.

118. Дегтев, В. Г. Гармонический анализ дробных обмоток / В. Г. Дегтев // Електротехшка i електромехашка. - 2013. - № 2. - С. 29.

119. Дулькин, А. И. Периодичность повторения обмоточных коэффициентов трехфазных обмоток / А. И. Дулькин // Электричество. - 1974. - №4. - С. 69.

120. Иванов-Смоленский, А. В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование / А. В. Иванов-Смоленский. - М.: Энергия, 1969. - 304 с.

121. Иванов-Смоленский, А. В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: учеб. пособие для вузов / А. В. Иванов-Смоленский. - М.: Высшая школа, 1989. - 312 с.

122. Иванов-Смоленский, А. В. Определение электромагнитных сил в нелинейных магнитных системах по изменению энергии при малом перемещении / А. В. Иванов-Смоленский // Электричество. - 1985. - №5. - C. 27.

123. Иванов-Смоленский, А. В. Определение электромагнитных сил в нелинейной магнитной системе по натяжениям / А. В. Иванов-Смоленский // Электричество. - 1985. - №7. - C. 12.

124. Иванов-Смоленский, А. В. Определение электромагнитных сил в нелинейной магнитной системе по объемной плотности / А. В. Иванов-Смоленский // Электричество. - 1985. - №9. - C. 18.

125. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учебник / А. В. Иванов-Смоленский. - М.: Энергия, 1980. - 928 с.

126. Ганджа, С. А. Исследование момента вентильных машин с целым и дробным числом пазов на полюс и фазу / С. А. Ганджа, А. И. Согрин, И. Е. Киесш // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. - 2015. - Т. 1. - С. 105.

127. Goktas, T. Discernment of broken magnet and static Eccentricity faults in permanent magnet synchronous motors / T. Goktas, M. Zafarani, B. Akin // IEEE Transactions on Energy Conversion. - 2016. - Vol. 31. - N 2. - pp. 578.

128. Зусман, Г. В. Вибродиагностика: учебное пособие / Г. В. Зусман, А. В. Барков. - М.: Издательский дом «Спектр», 2011. - 215 с.

129. Розенберг, Г. Ш. Вибродиагностика / Г. Ш. Розенберг. - СПб.: ПЭИПК, 2003. - 284 с.

130. Петрухин, В. В. Основы вибродиагностики и средства измерения вибрации: учебное пособие / В. В. Петрухин, С. В. Петрухин. - М.: Инфра-Инженерия, 2010. - 176 с.

131. Перель, Л. Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник / Л. Я. Перель, А. А. Филатов. -М.: Машиностроение, 1992. - 608 с.

132. Баркова, Н. А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Расчет основных частей вибрации узлов машин, параметров измерительной аппаратуры и практическая экспертиза: учеб. пособие / Н. А. Баркова, А. А. Борисов. - СПб.: СПбГМТУ, 2009. - 111 с.

Размеры листов статора и ротора электродвигателя А71В6

Внешний диаметр сердечника статора мм 117

Внутренний диаметр сердечника статора мм 78

Зазор между статором и ротором мм 0,25

Диаметр отверстия под вал мм 25

Длина пакетов статора и ротора мм 90

Паз статора

Паз ротора

Характеристика намагничивая электротехнической стали 2412

В,Тл 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

Н, А/м

0,4 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

0,5 77 78 79 80 81 83 84 86 87 89

0,6 90 92 94 96 97 99 101 103 105 107

0,7 109 111 113 115 117 119 122 124 127 130

0,8 133 135 138 141 144 147 150 154 158 162

0,9 166 170 174 179 184 187 194 199 205 211

1 217 223 230 237 244 252 260 269 277 286

1,1 295 305 314 324 334 344 355 366 377 388

1,2 399 411 423 435 447 460 473 486 500 540

1,3 585 630 680 735 795 860 930 1000 1070 1150

1,4 1230 1320 1420 1520 1630 1750 1870 2010 2160 2320

1,5 2500 2680 2870 3080 3300 3540 3800 4090 4380 4700

1,6 5000 5380 5760 6200 6650 7120 7650 8200 8800 9400

1,7 10000 10500 11000 11500 12000 12500 13100 13700 14300 14900

1,8 15600 16200 16800 17500 18300 19100 20000 20900 21900 22900

1,9 23900 25000 26200 27400 28700 30000 32000 36000 42000 50000

2 59000 68000 77000 86000 95000 104000 113000 122000 131000 140000

2,1 149000 158000 167000 176000 185000 194000 203000 212000 221000 230000

2,2 239000 248000 257000 266000 275000 284000 293000 302000 311000 320000

2,3 329000 333800 347000 356000 365000 374000 383000 392000 401000 410000

2,4 419000 428000 437000 446000 455000 464000 473000 482000 491000 500000

2,5

СО

1,5

0,5

Кривая В от Н стали марки 2412

100000 200000 300000 Н, А/м

400000 500000

3

2

1

0

Программный код lua для определения потерь на вихревые токи в роторе

showconsole() -- Открытие окна консоли Lua p = 1 -- Присвоение числа полупериодов гармоники r_point = 38.98 -- Радиус размещения точек amp = 1.6 -- Амплитуда тока в точке

mi_addnode (0, r_point) -- Добавить элемент "точка" по заданным координатам mi_selectnode(0, r_point) -- Выбрать элемент "точка" с заданными координатами mi_copyrotate (0,0,0.5,719, 0) -- Копирование выбранного элемента на угол 0.5 градусов вокруг координаты (0,0) в количестве 719 элементов for i=1,720,1 do -- Задание цикла

mi_addpointprop(i,0,0,amp*cos(0.5*p*(i-1)),amp*sin(0.5*p*(i-1))) -- Добавить свойства "i" c мгновенным значением плотности тока в виде комплексной функции

mi_selectnode(-38.95*sin(0.5*(i-1)),38.95*cos(0.5*(i-1))) -- Выбрать элемент "точка" с заданными координатами

mi_setnodeprop(i,0) -- Присвоить выбранному элементу свойства "i" mi_clearselected() -- Отменить выбор всех элементов end -- Конец цикла

Размеры активных частей и свойства постоянных магнитов синхронной машины с

постоянными магнитами С71В10

Размеры статора

Внешний диаметр сердечника статора мм 117

Внутренний диаметр сердечника статора мм 78

Длина магнитопровода мм 90

Зазор мм 3,2

Размеры ротора

Внешний диаметр ротора мм 71,6

Внешний диаметр ярма ротора мм 57,4

Диаметр вала мм 25

Длина магнитопровода мм 90

Магниты(NdFeB)

Остаточная индукция Тл 1,05

Коэрцитивная сила кА/мм 8800

Ширина магнита мм 18

Расстояние между магнитами у основания мм 0,6

Расстояние между магнитами на концах мм 4,3

Минимальная высота магнитов мм 6

Максимальная высота магнитов мм 7,1

Длина пакета статора/ротора мм 90

Программный код lua для определения радиальных электромагнитных сил и пульсаций момента в режиме холостого хода

showconsole() -- Открытие окна консоли Lua

inductor = 1 -- Присвоение номера группе элементов ротора

p = 5 -- Присвоение числа пар полюсов ротора

i = 0 -- Присвоение значения начального угла (при t=0)

step_i = 1 -- Присвоение значения шага (геом. градусов)

end_i = 72 -- Конечный угол (геом. градусов)

рпП;("Запуск расчетов"); -- Запись сообщения "Запуск расчетов"

while i <= end_i do -- Задание цикла

mi_analyze(0) -- Запуск и появление окна решателя fkern mi_loadsolution() -- Загрузка и отображение решения задачи mo_groupselectblock(1) -- Выбор и выделение элемента "блок" под номером 1

mo_blockintegral(18) -- Вычисление интеграла по элементу "блок" силы mo_blockintegral(22) -- Вычисление интеграла по элементу "блок" тензора натяжений

print(mo_blockintegral(18)) -- Отображение результатов вычисления электромагнитной силы

print(mo_blockintegral(22)) -- Отображение результатов вычисления момента mo_close() -- Закрытие окна постпроцессора mi_selectgroup(inductor) -- Выбор группы элементов "inductor" mi_moverotate(0,0,- step_i,4) -- Поворот выбранной группы на заданный

угол

i = i + step_i -- Переход на следующий шаг цикла end -- Конец цикла

рпП;("Расчеты выполнены"); -- Запись сообщения "Расчеты выполнены"

Програный код lua для определения радиальных электромагнитных сил и пульсаций момента в режиме нагрузки

showconsole() -- Открытие окна консоли Lua

inductor = 1 -- Присвоение номера группе элементов ротора

p = 5 -- Присвоение числа пар полюсов ротора

i = 0 -- Присвоение значения начального угла (при t=0)

step_i = 1 -- Присвоение значения шага (геом. градусов)

end_i = 72 -- Конечный угол (геом. градусов)

amp = 3.8 -- Присвоение значения амплитуды плотности тока 3,8 А/мм рпП;("Запуск расчетов"); -- Запись сообщения "Запуск расчетов" while i <= end_i do -- Задание цикла

mi_analyze(0) -- Запуск и появление окна решателя fkern mi_loadsolution() -- Загрузка и отображение решения задачи mo_groupselectblock(1) -- Выбор и выделение элемента "блок" под номером 1

mo_blockintegral(22) -- Вычисление интеграла по элементу "блок" тензора натяжений

print(mo_blockintegral(22)) -- Отображение результатов вычисления момента mo_close() -- Закрытие окна постпроцессора mi_selectgroup(inductor) -- Выбор группы элементов " inductor" mi_moverotate(0,0,- step_i,4) -- Поворот выбранной группы на заданный угол mi_modifymaterial("A",4,amp*sin(i*p+90)) -- Изменение плотности тока в обмотке фазы A

mi_modifymaterial("X",4,amp*sin(i*p-90)) -- Изменение плотности тока в обмотке фазы X

mi_modifymaterial("B",4,amp*sin(i*p-30)) -- Изменение плотности тока в обмотке фазы C

mi_modifymaterial("Y",4,amp*sin(i*p+150)) -- Изменение плотности тока в обмотке фазы Y

mi_modifymaterial("C",4,amp*sin(i*p+210)) -- Изменение плотности тока в обмотке фазы C

mi_modifymaterial("Z",4,amp*sin(i*p+30)) -- Изменение плотности тока в обмотке фазы Z

i = i + step_i -- Переход на следующий шаг цикла end -- Конец цикла

print('"Расчеты выполнены"); -- Запись сообщения "Расчеты выполнены"