Разработка математической модели автономного источника электроснабжения с свободно-поршневым двигателем на базе синхронной электрической машины возвратно-поступательного действия с постоянными магнитами

Одним из актуальных трендов на настоящее время является развитие малой энергетики, что является особенно актуальной задачей для Российской Федерации с ее огромными территориями и спецификой электроэнергетической системы.

Использование синхронной электрической машины возвратно-поступательного действия с постоянными магнитами в энергетических установках модульного типа позволяет рационально спроектировать автономный источник электроснабжения, получить наиболее оптимальную конструкцию.

Разработано математическое описание термодинамических, электромеханических и тепловых процессов, происходящих в рассматриваемом энергетическом комплексе (синхронный двигатель), что является необходимым условием для проектирования и оптимизации конструкции автономного электроэнергетического комплекса.

Согласно теоретическим выкладкам в приложении Matlab на базе дополнительного модуля Simulink была разработана и рассчитана имитационная модель свободно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, блоки расчета линейной токовой нагрузки, магнитной индукции статора, магнитной индукции, создаваемой постоянными магнитами индуктора, электромагнитной силы.

Созданная методика расчета параметров электромагнитной составляющей силы синхронной машины с постоянными магнитами позволяет провести расчет и оптимизацию конструктивных параметров индукторного и статорного элемента рассматриваемого электрического двигателя, что повышает энергоэффективность всей системы.

1. Григораш ОВ., Божко СВ., Попов АЮ., и др. Автономные источники электроэнергии: состояние и перспективы. Монография: Краснодар. 2012. 174 с.

2. Баль ВБ., Геча ВЯ., Гончаров ВИ., и др. Линейные электрические машины возвратно-поступательного действия – типы и конструкции электрических машин // Вопросы электромеханики. 2015. Т. 148. С. 3.

3. Сокол ЛБ. Линейные электродвигатели. Общий обзор // Технологии инженерных и информационных систем. 2016. № 4. С. 49.

4. Ferrari С., Friedrich E. Development of a Free-Piston Linear Generator for use in an Extended-Range Electric Vehicle // EVS26 International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium, Los Angeles, California. 2012. P. 787.

5. Копылов АМ., Ившин ИВ., Денисова НВ., и др. Перспективы применения линейного двигателя-генератора для повышения энергоэффективности гибридного транспорта // «Энергетика и энергосбережение: теория и практика». Кемерово, 2014.

6. Cафин АР., Хуснутдинов РР., Копылов АМ., и др. Разработка метода топологической оптимизации электрических машин на основе генетического алгоритма // Вестник КГЭУ, 2018, №4 (40).

7. Gracheva EI., Alimova AN. Calculating Methods and Comparative Analysis of Losses of Active and Electric Energy in Low Voltage Devices // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2019 pp. 361-367.

8. Noguchi, S., Matsutomo S. Rational Design Optimization Method for Reducing Cost and Improving Performance of Commonalized IPM Motor // IEEE Transactions on Magnetics. 2015. №51. P. 735.

9. Gargov NP., Zobaa AF., Pisica I. Separated magnet yoke for permanent magnet linear generator for marine wave energy converters // Electric Power Systems Research. 2014. № 109. P. 63.

10. Антипов ВН., Грозов АД., Иванова АВ. Линейный синхронный генератор мощностью 30 кВт для волновой энергетики // Электротехника. 2017. № 2. С. 8.

11. Song, Y., Feng H., Zuo Z., et. al. Comparison Research on Different Injection Control Strategy of CI Free Piston Linear Generator in One-time Starting Process // Energy Procedia. 2014. № 61. P. 1597.

12. Lei G., Liu C.C., Guo Y.G., et. al. Multidisciplinary Design Analysis for PM Motors with Soft Magnetic Composite Cores. IEEE Transactions on Magnetics. 2015. № 51. P.321.

13. Huang Z., Fang J. Multiphysics Design and Optimization of High-Speed Permanent-Magnet Electrical Machines for Air Blower Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. № 63. P. 2766.

14. Sun X., Shi Z., Chen L. Internal model control for a bearingless permanent magnet synchronous motor based on inverse system method. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2016. № 31. P.1539.

15. Shenoy KL., Kumar MS. Design topology and electromagnetic field analysis of Permanent Magnet Brushless DC motor. ICEEOT. 2016. P. 1541.