Принцип формування моменту зі зменшеною пульсацією у вентильно-індукторному двигуні з П-подібними полюсами
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2021.03.01Ключові слова:
вентильно-індукторний двигун, П-подібні полюси, мінімізація пульсації моменту, регульований електроприводАнотація
У статті проаналізовано типи двигунів для транспортних засобів і виокремлено вентильно-індукторний тип двигуна, як той що має просту конструкцію, високу надійність та низьку ціну. Наведено принцип роботи вентильно-індукторних двигунів (ВІД) та їхньої модифікації. Однак широке використання ВІД у транспортних засобах гальмується низьким питомим моментом та його великою пульсацією. Для збільшення питомого моменту запропоновано спарену намотку обмоток на сусідні стрижні П-подібних полюсів статора. Показано принцип формування обертальної сили та запропоновано оцінку ефективності використання електроенергії для її формування. У програмному середовищі COMSOL Multiphysics проаналізовано переваги і недоліки використання П-подібних полюсів із трапецеїдальним і прямокутним профілем, та обрано останній через забезпечення більшого моменту при однакових габаритах. Показано, що ширина стрижнів полюса з прямокутним профілем для забезпечення максимального моменту повинна становити близько третини від ширини основи полюса. Наведено типову форму струму обмотки полюса, що мінімізує пульсацію моменту. Обґрунтовано доцільність проектування спеціалізованого електроприводу для запропонованої топології ВІД та синтезу для нього закону керування, що забезпечує необхідне значення моменту з мінімальною пульсацією. Як результат проведених досліджень було зроблено висновки щодо можливості здешевлення технології ВІД при використанні модульної структури на основі П-подібних полюсів зі спареною намоткою обмоток на полюсах статора, за якої обмотки намотуються на стрижні одразу двох сусідніх полюсів, що дозволяє компактно розміщувати їх у вікні полюса без використання додаткового простору і відповідно забезпечує більшу щільність розташування полюсів. Моделювання процесу формування моменту в полюсах двигуна в програмному середовищі COMSOL Multiphysics засвідчило переваги використання полюсів з прямокутним профілем у порівнянні з полюсами трапецеїдального типу та підтвердило доцільність використання полюсів з шириною стрижнів, що складають близько третини ширини основи полюса.
Посилання
Nuca I., Todos P., Esanu V. Urban electric vehicles traction: Achievements and trends. 2012 International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering, 2012, doi:10.1109/icepe.2012.6463948.
Sieklucki G. An Investigation into the Induction Motor of Tesla Model S Vehicle. 2018 International Symposium on Electrical Machines (SME), 2018, doi:10.1109/isem.2018.8442648
Wang B., Liu Y., Vakil G., Yang T., Zhang Z. Feasibility of Permanent Magnet Fault Tolerant Machines for Aircraft Starter/Generator Systems. 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM), 2020, doi:10.1109/icem49940.2020.9270965.
Vijayakumar K., Karthikeyan R., Paramasivam S., Arumugam R., Srinivas K. N. Switched Reluctance Motor Modeling, Design, Simulation, and Analysis: A Comprehensive Review. IEEE Transactions on Magnetics, 2008, 44(12), pp. 4605–4617. doi:10.1109/tmag.2008.2003334.
Lukianov М. О., Verbytskyi I. V. Osoblyvosti proektuvannya i keruvannya ventylno-inductornym dvygunom z minimizatsiyeyu pulsatsyi momentu [Design and control features of switched-reluctance motor with minimization torque pulsation]. Microsystems, Electronics and Acoustics, 2020, № 25(1), pp. 20–26, doi: 10.20535/2523-4455.mea.198991.
Verbytskyi I., Bondarenko O., Lukianov M.; Zhuikov V., Pires F. High Frequency Modular Electric Drive for Switched Reluctance Motor with Reduced Torque Ripple. 2020 6th IEEE International Energy Conference (ENERGYCon), 2020, doi: 10.1109/ENERGYCon48941.2020.9236601.
Marcsa D., Kuczmann M. Design and control for torque ripple reduction of a 3-phase switched reluctance motor. Computers & Mathematics with Applications, 2017, 74(1), pp. 89–95, doi: 10.1016/j.camwa.2017.01.001.
Neiman L. A., Neiman V. Y. Priminenie metoda provodimostey dlya ucheta sily odnostoronnego magnitnogo prityazhenia asssimetrichnogo electromagnita [Application of the method of conductivity to take into account the force of one-sided magnetic attraction of an asymmetric electromagnet]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo technicheskogo universiteta, 2015, № 2(97), pp. 214–218.
Ding W., Liu G., Li P. A Hybrid Control Strategy of Hybrid-Excitation Switched Reluctance Motor for Torque Ripple Reduction and Constant Power Extension. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2019, 1–1, doi: 10.1109/tie.2019.2891467.
Kabir M. A., Husain I. Segmented rotor design of concentrated wound switched reluctance motor (SRM) for torque ripple minimization. 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2016, doi:10.1109/ecce.2016.7855420.
Lee D.-H., Pham T. H., Ahn J.-W. Design and Operation Characteristics of Four-Two Pole High-Speed SRM for Torque Ripple Reduction. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013, 60(9), pp. 3637–3643, doi: 10.1109/tie.2012.2208432.
Abdel-Fadil R., Szamel L. Enhancement Of the Switched Reluctance Motor Performance for Electric Vehicles Applications Using Predictive Current Control. 2018 International IEEE Conference and Workshop in Óbuda on Electrical and Power Engineering (CANDO-EPE), 2018, doi:10.1109/cando-epe.2018.8601168.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Євген Вербицький, Микола Лук’янов , Юлія Бондаренко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
