Способ расчета электромагнитных переходных процессов в среде динамического моделирования с применением конечно-элементных моделей электрических машин
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-21-27Ключевые слова:
модель электрической машины, конечно-элементная модель, среда динамического моделирования, насыщение сердечника электрической машины, переходный процессАннотация
Цель работы — расширение возможностей динамического моделирования систем управления электроприводов для отладки их работы в условиях насыщения сердечников электрических машин.
Описан способ моделирования электрических машин, объединяющий аналитический расчет и конечно-элементный анализ. Функциональные возможности полученной модели позволяют использовать её в составе объекта управления в системе динамического моделирования. Дополнение аналитической модели методом конечных элементов в точности учитывает все особенности геометрии магнитной системы машины и неравномерное насыщение сердечников.
Рассмотрена практическая реализация предложенной модели с помощью программных пакетов Octave и FEMM и её взаимодействия со средой динамического моделирования SimInTech: описаны структура взаимодействия, особенности задания кривой намагничивания материала и расчета дифференциальных индуктивностей обмоток электрической машины с помощью метода конечных элементов. Приведены результаты экспериментальной апробации модели для электромагнитных переходных процессов в системе с отрицательной обратной связью по току. На основе предложенной структуры могут быть построены модели различных электрических машин, подходящие для использования в системе динамического моделирования для проверки работоспособности системы управления при насыщении сердечников и любых перемещениях ротора.
Библиографические ссылки
1. Красовский А.Б. Имитационные модели в теории и практике вентильно-индукторного электропривода: дис. … доктора техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.
2. Красовский А.Б., Кузнецов С.А., Трунин Ю.В. Моделирование магнитных характеристик вентильно-индукторных машин // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». 2007. № 4(27). С. 57—77.
3. Яременко А.М. и др. Карта намагничивания вентильно-индукторного электродвигателя: экспериментальный подход // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24. № 5. С. 858—865.
4. Kumar R., Kar N.C. Sub-domain Model for Induction Motor with More Accurate Realization of Tooth-saturation // IEEE Trans. Energy Conversion. 2024. V. 39(3). Pp. 1673—1685.
5. Dalal A., Kumar P. Analytical Model of a Permanent Magnet Brushless DC Motor with Non-linear Ferromagnetic Material // Proc. Intern. Conf. Electrical Machines. Berlin, 2014. Pp. 2674—2680.
6. Fan J., Lee Y. Sensorless Control of Switched Reluctance Motor Based on a Simple Flux Linkage Model // Electrical Eng. & Electromechanics. 2023. V. 3. Pp. 36—39.
7. Huijun Zhou, Wen Ding, Zhenmin Yu. A Nonlinear Model for the Switched Reluctance Motor // Proc. VIII Intern. Conf. Electrical Machines and Systems. Nanjing, 2005. V. 1. Pp. 568—571.
8. Domracheva Y., Loginov S. Simulation Technique of Synchronous Reluctance Bearingless Machine // Proc. IX Intern. Sci. and Practical Conf. Environment. Technology. Resources. Rezekne, 2013. Pp. 101—105.
9. Zhaokai Li e. a. Hybrid Analytical Model of Permanent Magnet Linear Motor Considering Iron Saturation and End Effect // IEEE Trans. Energy Conversion. 2024. V. 39(3). Pp. 2008—2017.
10. Zhaokai Li, Xiaoyan Huang, Peretti L. The Scalable Analytical Model for Calculating the Magnetic Field of Surface-mounted Permanent Magnet Motor // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2024. V. 71(10). Pp. 12770—12780.
11. Schmidt E., Susic M. Parameter Evaluation of Permanent Magnet Synchronous Machines with Tooth Coil Windings Using the Frozen Permeabilities Method with the Finite Element Analyses // Proc. XXV IEEE Canadian Conf. Electrical and Computer Eng. Montreal, 2012. Pp. 1—5.
12. Paula G.T. e. a. Evaluation of Surface Mounted PM Machine’s Parameters on Load Conditions Using Frozen Permeability Method. Part I // Proc. XXIII Intern. Symp. Industrial Electronics. Istambul, 2014. Pp. 806—811.
13. Paula G.T. e. a. Evaluation of Surface Mounted PM Machine’s Parameters on Load Conditions Using Frozen Permeability Method. Part II // Proc. Intern. Symp. Electrical Machines. Berlin, 2014. Pp. 156—161.
14. Paula G.T. e. a. Evaluation of Surface Mounted PM Machine’s Parameters on Load Conditions Using Frozen Permeability Method. Part III. // Proc. XI Intern. Conf. Industry Appl. Juiz de Fora, 2014. Pp. 1—7.
15. Crozier R., Mueller M. A New MATLAB and Octave Interface to a Popular Magnetics Finite Element Code // Proc. XXII Intern. Conf. Electrical Machines. Lausanne, 2016. Pp. 1251—1256.
---
Для цитирования: Домрачева Ю.В. Способ расчета электромагнитных переходных процессов в среде динамического моделирования с применением конечно-элементных моделей электрических машин // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 21—27. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-21-27.
#
1. Krasovskiy A.B. Imitatsionnye Modeli v Teorii i Praktike Ventil'no-induktornogo Elektroprivoda: Dis. … Doktora Tekhn. Nauk. M.: MGTU im. N.E. Baumana, 2003. (in Russian).
2. Krasovskiy A.B., Kuznetsov S.A., Trunin Yu.V. Modelirovanie Magnitnykh Kharakteristik Ventil'no-induktornykh Mashin. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Seriya «Estestvennye nauki». 2007;4(27):57—77. (in Russian).
3. Yaremenko A.M. i dr. Karta Namagnichivaniya Ventil'no-induktornogo Elektrodvigatelya: Eksperimental'nyy Podkhod. Nauchno-tekhnicheskiy Vestnik Informatsionnykh Tekhnologiy, Mekhaniki i Optiki. 2024;24;5:858—865. (in Russian).
4. Kumar R., Kar N.C. Sub-domain Model for Induction Motor with More Accurate Realization of Tooth-saturation. IEEE Trans. Energy Conversion. 2024;39(3):1673—1685.
5. Dalal A., Kumar P. Analytical Model of a Permanent Magnet Brushless DC Motor with Non-linear Ferromagnetic Material. Proc. Intern. Conf. Electrical Machines. Berlin, 2014:2674—2680.
6. Fan J., Lee Y. Sensorless Control of Switched Reluctance Motor Based on a Simple Flux Linkage Model. Electrical Eng. & Electromechanics. 2023;3:36—39.
7. Huijun Zhou, Wen Ding, Zhenmin Yu. A Nonlinear Model for the Switched Reluctance Motor. Proc. VIII Intern. Conf. Electrical Machines and Systems. Nanjing, 2005;1:568—571.
8. Domracheva Y., Loginov S. Simulation Technique of Synchronous Reluctance Bearingless Machine. Proc. IX Intern. Sci. and Practical Conf. Environment. Technology. Resources. Rezekne, 2013:101—105.
9. Zhaokai Li e. a. Hybrid Analytical Model of Permanent Magnet Linear Motor Considering Iron Saturation and End Effect. IEEE Trans. Energy Conversion. 2024;39(3):2008—2017.
10. Zhaokai Li, Xiaoyan Huang, Peretti L. The Scalable Analytical Model for Calculating the Magnetic Field of Surface-mounted Permanent Magnet Motor. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2024;71(10):12770—12780.
11. Schmidt E., Susic M. Parameter Evaluation of Permanent Magnet Synchronous Machines with Tooth Coil Windings Using the Frozen Permeabilities Method with the Finite Element Analyses. Proc. XXV IEEE Canadian Conf. Electrical and Computer Eng. Montreal, 2012:1—5.
12. Paula G.T. e. a. Evaluation of Surface Mounted PM Machine’s Parameters on Load Conditions Using Frozen Permeability Method. Part I. Proc. XXIII Intern. Symp. Industrial Electronics. Istambul, 2014:806—811.
13. Paula G.T. e. a. Evaluation of Surface Mounted PM Machine’s Parameters on Load Conditions Using Frozen Permeability Method. Part II. Proc. Intern. Symp. Electrical Machines. Berlin, 2014:156—161.
14. Paula G.T. e. a. Evaluation of Surface Mounted PM Machine’s Parameters on Load Conditions Using Frozen Permeability Method. Part III.. Proc. XI Intern. Conf. Industry Appl. Juiz de Fora, 2014:1—7.
15. Crozier R., Mueller M. A New MATLAB and Octave Interface to a Popular Magnetics Finite Element Code. Proc. XXII Intern. Conf. Electrical Machines. Lausanne, 2016:1251—1256
---
For citation: Domracheva Yu.V. A Method for Calculating Electromagnetic Transients in a Dynamic Simulation Environment Using Electrical Machine Finite Element Models. Bulletin of MPEI. 2025;6:21—27. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-21-27.
