Моделирование рудничного двигателя посредством решетчатой схемы замещения с синусоидальными источниками тока

в горной промышленности широкое применение находят электрические машины (в том числе — и асинхронные двигатели), которые, как правило, работают в очень тяжелых условиях. В связи с этим особое значение имеет надежность и безопасность их эксплуатации. Процесс совершенствования электрических машин связан не только с увеличением их мощности, но и с обеспечением наиболее эффективного использования этой мощности. Совершенствование уже существующих и создание новых типов электрических машин требует всесторонних исследований электромагнитного поля в их активном объеме. В настоящее время чрезвычайно широко применяются численные методы расчета полей. Но остаются востребованными и аналитические методы. Особое место в аналитических исследованиях электромагнитного поля электрических машин занимают каскадные схемы замещения. Решетчатые схемы замещения электрических машин представляют собой новый этап развития каскадных схем замещения. Настоящая статья посвящена синтезу решетчатой схемы замещения асинхронного рудничного двигателя с короткозамкнутым ротором на базе плоской развертки в декартовой системе координат. Расчетная область характеризуется усредненными свойствами зубцово-пазовых зон статора и ротора. Источниками поля в решетчатой схеме замещения служат синусоидальные источники тока. Решетчатая схема замещения рудничного двигателя реализована в пакете схемотехнического моделирования Multisim 10. Сравнение результатов моделирования рудничного двигателя с численными расчетами свидетельствует о правильности разработанной расчетной модели.

Ключевые слова: рудничное электрооборудование, рудничные двигатели, рудничные асинхронные двигатели, каскадные схемы замещения, решетчатые схемы замещения, электромагнитное поле, закон полного тока, закон электромагнитной индукции, теория электрических цепей, теория четырехполюсников.

Как процитировать:

Бланк А. В. Моделирование рудничного двигателя посредством решетчатой схемы замещения с синусоидальными источниками тока // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 58—69. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_58.

Благодарности:

Информация об авторах:

Бланк Алексей Валерьевич — канд. техн. наук, доцент кафедры теоретических основ электротехники, https://orcid.org/0000-0003-0582-1257, Новосибирский государственный технический университет, Россия, 630073, Новосибирск, Проспект К. Маркса, д. 20, e-mail: alblances@yandex.ru.

Контактное лицо:

Список литературы:

1. Qaseer L., de León F., Purushothaman S. Combined field and circuit theories in squirrel-cage induction motors based on micro-T circuit model // Applied Computational Electromagnetics Society Journal. 2011, vol. 26, no. 7, pp. 551—560.

2. Qaseer L., Purushothaman S., de León F. Closed-form analysis of squirrel-cage induction motors with anisotropic modeling of stator and rotor // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2012, vol. 27, no. 3, pp. 553—560. DOI: 10.1109/TEC.2012.2193128.

3. Сарапулов Ф. Н., Фризен В. Э., Швыдкий Е. Л., Смольянов И. А. Математическое моделирование линейного асинхронного двигателя на основе детализированных схем замещения // Электротехника. — 2018. — № 4. — С. 58—63.

4. Сарапулов Ф. Н., Смольянов И. А. Исследование тягового линейного асинхронного двигателя конвейерного поезда // Электромеханика. — 2019. — Т. 62. — № 1. — С. 39—43. DOI: 10.17213/0136-3360-2019-1-39−43.

5. Тарчуткин Н. В., Смольянов И. А., Шмаков Е. И. Моделирование тепловых режимов линейной индукционной машины в MATLAB // Проблемы управления и моделирования в сложных системах (ПУМСС-2019). — 2019. — С. 501—504.

6. Инкин А. И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. — Новосибирск: ЮКЭА,2002. — 464 с.

7. Литвинов Б. В., Давыденко О. Б. Типовые звенья и каскадные схемы замещения электрических машин. — Новосибирск: НГТУ,2008. — 215 с.

8. Qaseer L. Micro-T circuit model for double and single sided induction heating systems // Applied Computational Electromagnetics Society Journal. 2010, vol. 25, no. 2, pp. 713—721.

9. Qaseer L. Analysis of double and single sided induction heating systems by layer theory approach // Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. 2010, vol. 2, no. 7, pp. 403—410. DOI: 10.4236/jemaa.2010.27052.

10. Qaseer L. Micro-T circuit model for the analysis of cylindrical induction heating systems // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2010, vol. 25, no. 4, pp. 1021—1027. DOI: 10.1109/TEC.2010.2046642.

11. Сарапулов Ф. Н., Сарапулов С. Ф., Фризен В. Э., Болотин К. Е., Усков И. А. Многофункциональный плавильный агрегат на основе индукционной тигельной печи и его моделирование // Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALSтехнологии в энергетике — 2014. — № 1. — С. 154—163.

12. Усков И. А., Фризен В. Э., Швыдкий Е. Л. Исследование электромагнитного бокового вращателя // Вопросы электротехнологии — 2015. — № 3 (8). — С. 5—9.

13. Torchio R., Di Rienzo L., Codecasa L. Stochastic PEEC method based on polynomial chaos expansion // IEEE Transactions on Magnetics. 2019, vol. 55, no. 6, pp. 1—4. DOI: 10.1109/TMAG.2019.2908588.

14. Torchio R. A volume PEEC formulation based on the cell method for electromagnetic problems from low to high frequency // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019, vol. 67, no. 12, pp. 7452—7465. DOI: 10.1109/TAP.2019.2927789.

15. Lombardi L., Romano D., Antonini G. Efficient numerical computation of full-wave partial elements modeling magnetic materials in the PEEC method // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020, vol. 68, no. 3, pp. 915—925. DOI: 10.1109/ TMTT.2019.2953590.

16. Cao Y. S., Jiang L. J., Ruehli A. E. Distributive radiation and transfer characterization based on the PEEC method // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2015, vol. 57, no. 4, pp. 734—742. DOI: 10.1109/TEMC.2014.2382176.

17. Le Q., Evans T., Peng Y., Mantooth H. A. PEEC method and hierarchical approach towards 3D multichip power module (MCPM) layout optimization // IEEE International Workshop on Integrated Power Packaging. 2019, pp. 131—136. DOI: 10.1109/ IWIPP.2019.8799081.

18. Инкин А. И., Алиферов А. И., Бланк А. В. Типовые базовые ячейки-многополюсники решетчатых схем замещения плоскопараллельных электромагнитных полей // Электричество. — 2014. — № 1. — С. 56—60.

19. Инкин А. И., Алиферов А. И., Бланк А. В. Типовые звенья и решетчатые схемы замещения индукционных магнитоэлектрических систем с движущимся проводящим элементом // Электричество. — 2015. — № 12. — С. 38—44.

20. Inkin A. I., Blanc A. V. The lattice equivalent circuits for 2D and 3D analysis of electromagnetic field in electrical devices, Novosibirsk, NSTU,2020,202 p.