Исследование радиационно-стойкого асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками статора (в порядке обсуждения)
Аннотация
Статья посвящена разработке двигателя специального назначения, предназначенного для работы в условиях повышенной температуры и радиации. Рассмотрена конструкция якоря многофазного асинхронного двигателя, имеющего кольцевые обмотки с керамической изоляцией. Предложено использовать якорь нового типа для электрических машин мощностью до 20 кВт. В отличие от машин традиционной конструкции вращающееся магнитное поле в машине нового типа формируется с помощью специальным образом организованной магнитной системы. Представленная конструкция якоря позволяет укладывать статорные катушки во время сборки магнитной системы без их повреждения и деформации, а применение керамической изоляции позволит увеличить срок службы двигателя. Рассмотрена проблема возможности создания вращающегося магнитного поля и его распределения в магнитной системе. На базе серийного двигателя общепромышленного применения спроектирован и изготовлен опытный образец асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками. На первом этапе исследований проведен цифровой эксперимент, результаты которого верифицированы на втором этапе с помощью натурных испытаний опытного образца.
Литература
2. Першуков В.А. Тихомиров Г.В. Замкнутый ядерный топливный цикл. – Энергетический вестник, 2023, № 28, с. 88–95.
3. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года (Утв. распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р).
4. СХК в 2026 году начнет строительство модуля переработки ОЯТ опытно-демонстрационного энергокомплекса БРЕСТ-ОД-300 [Электрон. ресурс], URL: https://www.atomic-energy.ru/news/2024/06/13/146663 (дата обращения 12.10.24).
5. Guo J. et al. Hypocrystalline Ceramic Aerogels for Thermal Insulation at Extreme Conditions. – Nature, 2022, No. 606, pp. 909–916, DOI: 10.1038/s41586-022-04784-0.
6. Selema A., Ibrahim M.N., Sergeant P. Electrical Machines Winding Technology: Latest Advancements for Transportation Electrification. – Machines, 2022, vol. 10, No. 7, DOI: 10.3390/machines10070563.
7. Биржин А.П. Серебрянников С.В. Производство современных материалов для изоляции электрических машин. – Электричество, 2023, № 8, с. 54–59.
8. Gayfutdinov A. et al. Radiation-Resistant Valve-Inductor-Type Motor as a Part of Technological Installation for Recycling Nuclear Industrial Waste. – Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 698, pp. 111–115, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.698.111.
9. Beketov A.R. et al. Designing and Testing a System of Controlling a Switched Reluctance Motor with Ceramic Insulation, Using No Pickups in Control and Communications. – International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), 2015, DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147149.
10. Меньшатов А.М., Саитов С.Р. Анализ опыта использования керамических композиционных материалов для создания сопловых аппаратов турбин. – IX Национальная научно-практическая конференция, посвященная 55-летию КГЭУ «Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве», 2024, с. 361–363.
11. Обабков Н.В. и др. Получение термостойкой керамики ZRO2-Y2-O3, армированной волокном. – Вестник концерна ПВО «Алмаз-Антей», 2021, № 8, с. 52–57.
12. Li Y. Design and Optimization of Hybrid-Excited Claw-Pole Machine for Vehicle. – IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2021, vol. 31, No. 8, DOI: 10.1109/TASC.2021.3094433.
13. Boldea I., Tutelea L.N., Popa A.A. Claw Pole Synchronous Motors/Generators (CP-SMs/Gs) Design and Control: Recent Progress. – IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2022, vol. 10, No. 4, 2022, pp. 4556–4564, DOI: 10.1109/JESTPE.2021.3125044.
14. Cao Y. et al. Optimization Design and Performance Evaluation of a Hybrid Excitation Claw Pole Machine. – Processes, 2022, vol. 10, No. 3, DOI: 10.3390/pr10030541.
15. Пат. RU 2121207 C1. Якорь многофазной электрической машины / А.Т. Пластун, 1998.
16. Косимов Б.И. Применение метода конечных элементов для электромагнитного анализа крупногабаритного электродвигателя привода пильгерстана. – Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2020, № 2, с. 13–27.
17. Ma Z. Analysis of Squirrel Cage Induction Machine Based on the Magductance Modulator. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2024, vol. 71, No. 12, pp. 15457–15466, DOI: 10.1109/TIE.2024.3392998.
18. Исмагилов Ф.Р. и др. Электромагнитный и тепловой анализ электрических машин из композитных материалов. – Вестник МЭИ, 2020, № 2, с. 52–61.
19. Попов С.А. и др. Методика расчета предварительных геометрических параметров гибридной электрической машины-генератора. – Научные труды Кубанского государственного технологического университета, 2022, № 1, с. 50–57.
20. Рева Ю.В. Методика расчета обмотки статора, размеров паза статора и числа проводников в пазу электродвигателей погружных электрических машин. – Природные и техногенные риски (физико-математические и прикладные аспекты), 2024, № 1, с. 24–30.
21. Захаров А.В. и др. Применение технологии цифровых двойников при разработке тяговых асинхронных электродвигателей. – Электротехника, 2022, № 4, с. 26–33.
22. Diab H., Amara Y., Barakat G. End-Effects Modeling in an Axial Field Flux Focusing Magnetic Gear using a Quasi-3D Reluctance Network Model. – IEEE International Conference on Electrical Machines (ICEM), 2022, pp. 83–88, DOI: 10.1109/ICEM51905.2022.9910932.
23. Kim K.I., Kim K.K. Field of Excitation of the Linear Induction Motor with a Chain Stator Winding. – International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia, 2021, pp. 726–734, DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_79.
24. Appadurai M., Fantin Irudaya Raj E., Venkadeshwaran K. Finite Element Design and Thermal Analysis of an Induction Motor Used for a Hydraulic Pumping System. – Materialstoday: Proceedings, 2021, vol. 45, pp. 7100–7106, DOI: 10.1016/j.matpr.2021.01.944.
25. Филиппов Д.М., Шуйский А.А. Оценка потерь на вихревые токи в магнитной системе электрической машины осевого потока. – XIX Международная конференция «Электротехника, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», 2022, с. 256–260.
26. Nagel J.R. Fast Finite-Difference Calculation of Eddy Currents in Thin Metal Sheets. – Applied Computational Electromagnetics Society Journal, 2018, vol. 33, No. 6, pp. 575–584.
27. Kuczmann M. Numerical Analysis of Eddy Current Field in Laminated Media. – Pollack Periodica, 2018, vol. 13, No. 2, pp. 3–14, DOI: 10.1556/606.2018.13.2.1.
#
1. Shapovalenko V.V. Energeticheskie ustanovki i tehnologii – in Russ. (Energy Installations and Technologies), 2022, No. 1, pp. 38–42.
2. Pershukov V.A. Energeticheskiy vestnik – in Russ. (Energy Bulletin), 2023, No. 28, pp. 88–95.
3. Energeticheskaya strategiya Rossiyskoy Federatsii na period do 2035 goda (Utv. rasporyazheniem Pravitel'stva RF ot 9 iyunya 2020 g. No. 1523-r) (Energy Strategy of the Russian Federation up to 2035 (Approved by the Order of the Government of the Russian Federation of June 9, 2020 No. 1523-p)).
4. SHK v 2026 godu nachnet stroitel’stvo modulya pererabotki OYaT opytno-demonstratsionnogo energokompleksa BREST-OD-300 (MCC Will Start Construction of the SNF Reprocessing Module of the BREST-OD-300 Pilot Demonstration Power Complex in 2026) [Electron. resource], URL: https://www.atomic-energy.ru/news/2024/06/13/146663 (Access on 12.10.24).
5. Guo J. et al. Hypocrystalline Ceramic Aerogels for Thermal Insulation at Extreme Conditions. – Nature, 2022, No. 606, pp. 909–916, DOI: 10.1038/s41586-022-04784-0.
6. Selema A., Ibrahim M.N., Sergeant P. Electrical Machines Winding Technology: Latest Advancements for Transportation Electrification. – Machines, 2022, vol. 10, No. 7, DOI: 10.3390/ma-chines10070563.
7. Birzhin A.P. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 8, pp. 54–59.
8. Gayfutdinov A. et al. Radiation-Resistant Valve-Inductor-Type Motor as a Part of Technological Installation for Recycling Nuclear Industrial Waste. – Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 698, pp. 111–115, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.698.111.
9. Beketov A.R. et al. Designing and Testing a System of Controlling a Switched Reluctance Motor with Ceramic Insulation, Using No Pickups in Control and Communications. – International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), 2015, DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147149.
10. Men’shatov A.M., Saitov S.R. IX Natsional’naya nauchno-prakticheskaya konferentsiya, posvyashchennaya 55-letiyu KGEU «Priborostroenie i avtomatizirovannyy elektroprivod v toplivno-ener-geticheskom komplekse i zhilishchno-kommunal’nom hozyaystve» – in Russ. (IX National Scientific and Practical Conference Dedicated to the 55th Anniversary of KSEU “Instrumentation and Automated Electric Drive in Fuel-Energy Complex and Housing-Communal Services”), 2024, pp. 361–363.
11. Obabkov N.V. et al. Vestnik kontserna PVO «Almaz-Antey» – in Russ. (Bulletin of Almaz-Antey Air Defence Concern), 2021, No. 8, pp. 52–57.
12. Li Y. Design and Optimization of Hybrid-Excited Claw-Pole Machine for Vehicle. – IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2021, vol. 31, No. 8, DOI: 10.1109/TASC.2021.3094433.
13. Boldea I., Tutelea L.N., Popa A.A. Claw Pole Synchronous Motors/Generators (CP-SMs/Gs) Design and Control: Recent Progress. – IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2022, vol. 10, No. 4, 2022, pp. 4556–4564, DOI: 10.1109/JESTPE.2021.3125044.
14. Cao Y. et al. Optimization Design and Performance Evaluation of a Hybrid Excitation Claw Pole Machine. – Processes, 2022, vol. 10, No. 3, DOI: 10.3390/pr10030541.
15. Pat. RU 2121207 C1. Yakor’ mnogofaznoy elektricheskoy mashiny (Anchor of Multiphase Electric Machine) / A.T. Plastun, 1998.
16. Kosimov B.I. Elektrotehnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy – in Russ. (Electrical Engineering and Information Complexes and Systems), 2020, No. 2, pp. 13–27.
17. Ma Z. Analysis of Squirrel Cage Induction Machine Based on the Magductance Modulator. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2024, vol. 71, No. 12, pp. 15457–15466, DOI: 10.1109/TIE.2024.3392998.
18. Ismagilov F.R. et al. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2020, No. 2, pp. 52–61.
19. Popov S.A. et al. Nauchnye trudy Kubanskogo gosudarstven-nogo tehnologicheskogo universiteta – in Russ. (Scientific Proceedings of Kuban State Technological University), 2022, No. 1, pp. 50–57.
20. Reva Yu.V. Prirodnye i tehnogennye riski (fiziko-matema-ticheskie i prikladnye aspekty) – in Russ. (Natural and Anthropogenic Risks (Physical, Mathematical and Applied Aspects)), 2024, No. 1, pp. 24–30.
21. Zaharov A.V. et al. Elektrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2022, No. 4, pp. 26–33.
22. Diab H., Amara Y., Barakat G. End-Effects Modeling in an Axial Field Flux Focusing Magnetic Gear using a Quasi-3D Reluctance Network Model. – IEEE International Conference on Electrical Machines (ICEM), 2022, pp. 83–88, DOI: 10.1109/ICEM51905.2022.9910932.
23. Kim K.I., Kim K.K. Field of Excitation of the Linear Induction Motor with a Chain Stator Winding. – International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia, 2021, pp. 726–734, DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_79.
24. Appadurai M., Fantin Irudaya Raj E., Venkadeshwaran K. Finite Element Design and Thermal Analysis of an Induction Motor Used for a Hydraulic Pumping System. – Materialstoday: Proceedings, 2021, vol. 45, pp. 7100–7106, DOI: 10.1016/j.matpr.2021.01.944.
25. Filippov D.M., Shuyskiy A.A. XIX Mezhdunarodnaya konferentsiya «Elektrotehnika, elektrotehnologii, elektrotehnicheskie materialy i komponenty» – in Russ. (XIX International Conference on Electromechanics, Electrotechnology, Electromaterials and Components), 2022, pp. 256–260.
26. Nagel J.R. Fast Finite-Difference Calculation of Eddy Currents in Thin Metal Sheets. – Applied Computational Electromagnetics Society Journal, 2018, vol. 33, No. 6, pp. 575–584.
27. Kuczmann M. Numerical Analysis of Eddy Current Field in Laminated Media. – Pollack Periodica, 2018, vol. 13, No. 2, pp. 3–14, DOI: 10.1556/606.2018.13.2.1