Математическое моделирование и программная оптимизация электрических машин промышленных комплексов

Исследование новых типов электрических машин с улучшенными электромеханическими характеристиками требует проведения огромного количества вычислений, при этом анализ оптимального соотношения тех или иных параметров является многокритериальной задачей, не всегда имеющей единственно верное решение, удовлетворяющее всем поставленным задачам. Сравнительно недавнее появление и применение в исполнительных механизмах новых типов электрических машин малых габаритов на основе обмоток со сложной геометрией активной части исключает возможность классического плоскостного моделирования, однако трехмерное моделирование требует значительных вычислительных и временных ресурсов. В связи с этим данное исследование посвящено анализу возможности применения дискретного моделирования сложных объектов с возможностью оптимизации свойств исследуемого объекта. В ходе исследования был проведен анализ конструктивного исполнения объекта моделирования с последующим формированием массива дискретных моделей. Формирование подобного типа моделирования было обосновано, исходя из условия отсутствия резких структурных и конструктивных изменений исследуемого объекта. Моделирование проводилось в среде ANSYS путем формирования скрипт-файла на языке APDL. Результаты исследования демонстрируют возможность проведения такого рода моделирования применительно к бесконтактным двигателям постоянного тока с ромбовидной обмоткой с возможностью оптимизации по определенному критерию. Хотя представленная модель имеет ряд допущений и пока полностью не способна заменить трехмерное моделирование, материалы статьи представляют практическую ценность для разработчиков программного обеспечения, направленного на анализ физического состояния электрических машин.

1. Копылов И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов, 2019:11-21

2. Chari M.V., Silvester P. Analysis of turboalternaton magnetic field by finite element, IEEE Trans. PAS., 1971;90(2):970-976

3. Буль О.Б. Компьютерные программы расчета и анализа магнитных систем, Электротехника, 2006;12:50-55

4. Wilson E.L., Nickell R.E. Application of the Finite Element Method to Heat Conduction Analysis, Nuclear Engineering and Design, 1966;4:276-286

5. Агапов А.А. Черных Т.Е. Использование САПР для создания компьютерных моделей обмоток электрических машин, Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи XXI века, 2016:15-18

6. Рорер Р., Шульц Е., Хофер Р., Фон Мос-Вёрль А., Гауль М., Миттербек П., Майер Й. Электрический двигатель с многослойными ромбовидными обмотками, Патент Рос. Федерация № 2006137171/09, 2009.

7. Агапов А.А., Богушев В.И., Борисова А.И., Ильтяков В.С. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, Патент Рос. Федерация №2016145784, 2017.

8. Сильвестр П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков, 1986.

9. Копылов И.П., Амбарцумова Т.Т. Развитие методов и средств макромоделирования электрических машин, 2007;9:19-24

10. ГОСТ 21559-76 Материалы магнитотвердые спеченные. Марки, 1976.

11. ГОСТ Р 52956-2008 Материалы магнитотвердые спеченные на основе сплава неодим-железо-бор. Классификация. Основные параметры, 2008.