Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск

Модификация генетического алгоритма для комплексной топологической оптимизации ротора синхронных двигателей

https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-70-79

Полный текст:

Аннотация

: Синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ) находят все более широкое применение в разнообразных сферах использования электроприводов промышленных предприятий. Для каждого применения электропривода необходимо соблюдать конкретные технические требования, такие как, максимальный крутящий момент, допустимая температура нагрева электродвигателя и выполнение требуемых условий по прочностным характеристикам ротора и статора.

У СДПМ есть ряд преимуществ перед другими типами двигателей. Асинхронные двигатели выработали ресурс рациональной энергоэффективности, а синхронные двигатели более энергоэффективны без доработок. СДПМ имеют меньшие весогабаритные параметры, что позволяет использовать их в более широкой области применения, например, в бытовой технике, роботах и многих других приводах.

ЦЕЛЬ. Целью является разработка методики топологической комплексной оптимизации конструкции двигателя, базирующийся на генетическом алгоритме.

МЕТОДЫ. Метод генетического алгоритма более точен, чем традиционные аналитические методы, используемые при анализе машин переменного тока, и занимает меньше времени, чем обычная процедура проектирования методом проб и ошибок, основанная на методе конечных элементов. Главный критерий оптимизации - это увеличение крутящего момента при сохранении массы самого дорогого материала (постоянных магнитов), а важным моментом будет проверка полученной конструкции на термические и прочностные характеристики. Эта особенность важна для изготовления спроектированного двигателя на производстве.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Программа на языке Python, которая позволила провести комплексную топологическую оптимизацию для рассматриваемого двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Представлена топологическая оптимизация, основанная на методе модификации конструкции ротора с использованием генетического алгоритма с дополнениями, необходимыми для корректной работы с синхронными двигателями.

Об авторе

Т. И. Петров
Казанский государственный энергетический университет
Россия

Петров Тимур Игоревич – ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

г. Казань



Список литературы

1. Мягков Л.Л., Сивачев С.М., Стрижов Е.Е., и др. Топологическая оптимизация поршня высокофорсированного дизеля // Двигателестроение. 2018. № 2. С. 3–10.

2. Lee J., Kikuchi N., «Structural topology optimization of electrical machinery to maximize stiffness with body force distribution,” IEEE Trans. Magn. 2010. V.46. no.10. pp. 3790–3794.

3. Petrov T.I., Safin A.R. «Modification of the synchronous motor model for topological optimization» .(2020) E3S Web of Conferences. 2020. 178, paper № 01016.

4. Gracheva E.I., Naumov O.V., Gorlov A.N. «Modelling Characteristics of Reliability Low-Voltage Switching Devices on the Basis of Random Checks on the Example of Contactors» (2019) Proceedings - 2019 1st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency, SUMMA 2019, article № 8947595, pp. 641-643.

5. Сафин А.Р., Хуснутдинов Р.Р., Копылов А.М., и др. Разработка метода топологической оптимизации электрических машин на основе генетического алгоритма // Вестник КГЭУ. 2019. № 4(40). С. 77-85.

6. Караулов В. Н., Сахаров М. В. Методика проектирования обращенного двигателя с постоянными магнитами привода лебедки // Вестник ИГЭУ. 2019. №2.

7. Хитрин А.М., Ерофеева М.М., Туктамышев В.Р., и др. Топологическая оптимизация корпусных деталей вертолетного редуктора // Bестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2018. №53.

8. Ishikawa T., Nakayama K., Kurita N., and Dawson F. P. «Optimization of rotor topology in PM synchronous motors by Genetic algorithm considering cluster of materials and cleaning procedure». IEEE Trans. on Magnetics. 2014. V. 50. no. 2. paper no. 7015704.

9. Takahashi N., Yamada T., and Miyagi D. «Examination of optimal design of IPM motor using ON/OFF method», IEEE Trans. Magn.2010. V.46, no.8. pp. 3149–3152.

10. Кишов Е.А., Комаров В.А. Топологическая оптимизация силовых конструкций методом выпуклой линеаризации // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2018. №1.

11. Dong L., Han X., Hua L. Effects of the rotation speed ratio of double eccentricity bushings on rocking tool path in a cold rotary forging press. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. Vol. 29. Iss. 4.

12. Khasanov S.R., Gracheva E.I., Toshkhodzhaeva M.I., et al. «Reliability modeling of high-voltage power lines in a sharply continental climate» E3S Web Conf., 178 (2020) 01051.

13. Morimoto S., Kawamoto K., Sanada M., et.al. Sensorless control strategy for salient- pole PMSM based on extended EMF in rotating reference frame. Proc. 2001 IEEE IAS Annual Meeting. 2011. V. 4. P. 2637-2644.

14. Башин К.А., Торсунов Р.А., Семенов С.В. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющиеся в аэрокосмической отрасли // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2017. №4 (51).

15. Dadabaev S.T., Islomovna T.M., Saidulloevna M.D. Modelling of starting transition processes of asynchronous motors with reduced voltage of the supply network // European Journal of Electrical Engineering. 2020. Т. 22. № 1. С. 23-28.


Для цитирования:


Петров Т.И. Модификация генетического алгоритма для комплексной топологической оптимизации ротора синхронных двигателей. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021;23(3):70-79. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-70-79

For citation:


Petrov T.I. Modification of the genetic algorithm for comprehensive topological optimization of the synchronous motors rotor. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(3):70-79. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-70-79

Просмотров: 42


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-9903 (Print)
ISSN 2658-5456 (Online)