» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Январь, 2020 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (34) 2020
Автор: Айбулатова Кристина Альбертовна, Магистр 2 курса
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Обзор оптимизации электрической машины
Дата публикации: 12.01.2020
УДК 621.316.925
ОБЗОР
ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
Айбулатова Кристина Альбертовна
студент 2 курса
магистратуры
Айбулатов Алексей Андреевич
студент 2 курса
магистратуры
Хуснутдинов Эдуард Рамилевич
тудент 2
курса магистратуры
кафедра электромеханики факультет авионики, энергетики и инфокоммуникаций
Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет, г. Уфа
Аннотация. Исследования и разработки в области электротехники
сталкиваются с проблемой, что область электромеханики считается зрелым, и никакие
большие потребности в будущих исследованиях не видят финансисты.
Ключевые слова: электротехника, энергия, энергоэффективность, ротор.
Исследования
и разработки в области электротехники сталкиваются с проблемой, что область
электромеханики считается зрелым, и никакие большие потребности в будущих
исследованиях не видят финансисты. Однако область приложений настолько
распространена, что можно найти только локальные оптимумы, и необходимо
постоянно предпринимать новые исследования и разработки. Ниже приводится
краткий обзор и введение, почему требуется постоянная оптимизация электрических
машин и соответствующие исследования - очень актуальная тема.
Общий объем
электроэнергии, вырабатываемой в глобальном масштабе к 2020 году, составляет
26000 ТВт-ч, и он должен увеличиться до 30000 ТВт-ч. Большая часть этой энергии
будет производиться в результате процесса электромеханического преобразования с
учетом множества различных типов доступных механических источников энергии,
таких как возобновляемые (ветровые, морские, геотермальные и т. д.), Уголь,
природный газ, ядерный, с несколькими топологиями генераторов
, После передачи энергии в место, где она используется и распределяется
в соответствии с требованием напряжения, значительная часть преобразуется
обратно в механическую, используя тот же принцип.
Установлено около 300 000 000 промышленных электродвигателей, и их количество
увеличивается ежегодно на 15%.
Миллионы
двигателей встроены в потребительские товары, в то время как современный
двигатель внутреннего сгорания может иметь 60 отдельных электродвигателей для
всех видов вспомогательных систем. Электрические двигатели для промышленного
применения используют более 40% всей энергии, производимой во всем мире [1],
[2].
От
производства электроэнергии до конечного пользователя электрооборудование
варьируется в зависимости от мощности от нескольких мегаватт до нескольких миллилайттов; размером от нескольких метров до нескольких
миллиметров; в зависимости от использования устанавливаются конкретные
ограничения на эффективность, надежность, управляемость и доступность. Также
требования к процессу преобразования энергии (постоянная или переменная
скорость, линейное или вращательное движение) увеличивают разнообразие
конструкций машин.
Асинхронный
двигатель с короткозамкнутым ротором и синхронная машина роторного ротора
по-прежнему являются основными промышленными типами машин. Асинхронный
двигатель даже называют рабочей лошадкой отрасли. В последнее время власти
приступили к принятию правил, которые следуют новым вызовам для развития
эффективности [3] . Классы эффективности, то есть IE1 (стандартная эффективность);
IE2 (высокая эффективность); IE3 (премиальная эффективность); IE4 (Super Premium Efficiency).
Современные требования к производительности IE3 для асинхронных двигателей
прямого ввода (DOL) уже довольно жесткие, и IE4, IE5 еще впереди. Синхронные
машины с постоянными магнитами, синхронные редукционные машины, переключаемые
машины с сопротивлением, машины с переключением потоков (постоянные магниты) и
т. д. Могут быть показаны оптимальными для определенных применений и целей.
Выбор
становится еще более сложным, учитывая, что все типы могут быть реализованы как
внутренний ротор, внешний ротор, версии осевого потока или варианты с
поступательным движением, а конструкции могут иметь один ротор и статор или
несколько. Двигатели для приложений DOL и управляемые по скорости
электроприводы должны отличаться из-за неблагоприятных эффектов, вызванных
преобразователем. Изоляция более подвержена стрессу, больше потерь
генерируется, а несущие токи являются более жесткими в системах, оборудованных
PWM. Электрические транспортные средства требуют своих
собственных специализированных двигателей, и особенно циклы хода тяговых
двигателей сильно отличаются от циклов применения в промышленных двигателях,
так что оптимальные конструкции могут быть далеки от идеальной аналога
промышленной машины.
То, что было
написано выше, уже показывает, что оптимизация электрической машины — это
вопрос, где универсальный оптимум не может быть найден. Мы должны помнить, что
использование машин для различных применений, например, для высокоскоростных,
устанавливает совершенно разные граничные условия, чем обычный промышленный
привод в нормальных диапазонах скоростей. В то время как в прежние времена были
разработаны оптимальные конструкции, просто исследуя электромагнитную часть, в
настоящее время динамика ротора, теплопередача и анализ потока текучей среды
должны быть включены после оптимальной конструкции,
которая, вероятно, далека от любого «традиционного оптимума».
Список литературы:
- Электронный ресурс. http://www.motorsystems.org. - (Дата обращения: 22.12.2019)
- H. De Keulenaer, R. Belmans, E. Blaustein, D. Chapman, A. De Almeida, B. De Wachter, and P. Radgen, “Energy efficient motor driven systems,” European Copper Institute, Tech. Rep., 2004.
- European Union, “Commission regulation (EC) no 640/2009 of 22 July 2009 implementing Directive 2005/32/Ec of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for electric motors,” Official Journal of the European Union, 2009.
Комментарии: