СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПУЛЬСАЦИЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В АСИНХРОННОМ ДВИГАТЕЛЕ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ ПРИ ОРТОГОНАЛЬНОМ УПРАВЛЕНИИ

Г.М. Тутаев; Е.С. Безбородов

doi:10.14529/power260207

Авторы

Г.М. Тутаев Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва
Е.С. Безбородов Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва https://orcid.org/0009-0004-3506-1847

DOI:

https://doi.org/10.14529/power260207

Ключевые слова:

асинхронный двигатель с фазным ротором, магнитная индукция, пульсации электромагнитного момента, ортогональное управление, спектральный анализ, зубцово-пазовая модуляция

Аннотация

В работе выполнен спектральный анализ пульсаций магнитной индукции в воздушном зазоре и электромагнитного момента асинхронного двигателя с фазным ротором при ортогональном управлении. Цель исследования состоит в установлении закономерностей формирования гармонического состава указанных сигналов в реальной зубцово-пазовой магнитной системе машины. Исследование проведено на основе двухмерной конечно-элементной электромагнитной модели двигателя 4АК160М4У3, реализованной в среде COMSOL Multiphysics. Рассмотрены четыре характерных режима работы при различных сочетаниях частоты питания статора, частоты тока ротора и нагрузки. Для анализа использованы временные зависимости радиальной и тангенциальной составляющих магнитной индукции в фиксированной точке воздушного зазора, а также электромагнитного момента; спектры получены методом дискретного преобразования Фурье. Установлено, что выполнение условий ортогонального управления в среднем за период не устраняет конструктивно обусловленные пульсации, связанные с зубцово-пазовой модуляцией магнитной проводимости зазора. Показано, что спектральная структура исследуемых сигналов формируется устойчивыми семействами несущих частот и боковых полос, положение которых определяется механической скоростью вращения, частотой питания статора и конструктивными параметрами машины. Полученные результаты могут быть использованы при разработке алгоритмов компенсации пульсаций момента и поля, а также при оценке дополнительных потерь и теплового состояния двигателя

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

Г.М. Тутаев, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

д-р техн. наук, заведующий кафедрой электроники и электротехники

Е.С. Безбородов, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

аспирант кафедры электроники и электротехники

Библиографические ссылки

Bodson M. Speed Control for Doubly Fed Induction Motors With and Without Current Feedback // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2020. Vol. 28, no. 3. P. 898–907. DOI: 10.1109/TCST.2019.2898372 DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2019.2898372

Mahfoud S., El Ouanjli N., Derouich A. Technical study of innovative strategies of direct torque control for doubly fed induction motor – A review // Computers and Electrical Engineering. 2025. Vol. 126. P. 110498. DOI: 10.1016/j.compeleceng.2025.110498 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2025.110498

Тутаев Г.М., Безбородов Е.С. Теория принятия решений в задачах энергоэффективного управления электроприводом с двигателем двойного питания // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2024. Т. 24, № 1. С. 51–58. DOI: 10.14529/power240106 DOI: https://doi.org/10.14529/power240106

Control of a Three-Phase Wound-Rotor Induction Motor Drive for Automation Applications / M. Mengoni, G. Rizzoli, L. Zarri et al. // IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). 2019. P. 1267–1272. DOI: 10.1109/IEMDC.2019.8785281 DOI: https://doi.org/10.1109/IEMDC.2019.8785281

Тутаев Г.М., Безбородов Е.С. Верификация модели асинхронного двигателя с фазным ротором 4AK160M4Y3 при ортогональном управлении в COMSOL Multiphysics® // Вестник Чувашского универси-тета. 2025. № 4. С. 134–144. DOI: 10.47026/1810-1909-2025-4-134-144 DOI: https://doi.org/10.47026/1810-1909-2025-4-134-144

Yamazaki K., Shimada K. Torque Ripple Generation Mechanism of Induction Motors by Time and Space Harmonic Fields // IEEE Transactions on Magnetics. 2023. Vol. 59, no. 5. P. 1–5. DOI: 10.1109/TMAG.2023.3261439 DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2023.3261439

Torque Ripple Investigation in Squirrel Cage Induction Machines / A. Marfoli, G. Sala, L. Papini et al. // IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). 2019. P. 140–146. DOI: 10.1109/IEMDC.2019.8785364 DOI: https://doi.org/10.1109/IEMDC.2019.8785364

Математическая модель асинхронного двигателя с учетом пазовых гармоник в индукции магнитно-го поля и неисправностей различного типа / В.В Харламов, А.В. Скляр, Д.И. Попов, А.В. Ерошенко // Ом-ский научный вестник. 2018. № 4 (160). С. 55–58. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-160-55-58 DOI: https://doi.org/10.25206/1813-8225-2018-160-55-58

Безбородов Е.С. Разработка математической модели асинхронного двигателя с фазным ротором в COMSOL Multiphysics® для оценки энергетических параметров в стационарном режиме // Вестник ЮУр-ГУ. Серия «Энергетика». 2024. Т. 24, № 4. С. 30–36. DOI: 10.14529/power240404 DOI: https://doi.org/10.14529/power240404

Rezaee-Alam F., Hosseini M., Rezaeealam B. A new hybrid analytical model for electromagnetic analysis of wound rotor induction motors // International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields. 2022. Vol. 35, iss. 6. P. e3022. DOI: 10.1002/jnm.3022 DOI: https://doi.org/10.1002/jnm.3022

Analysis of electromagnetic torque for induction motors with a novel non-skewed rotor structure / A. Darjazini, A. Vahedi, A. Nobahari, S. Gharehseyed // COMPEL. 2022. Vol. 41, no. 1. P. 238–257. DOI: 10.1108/COMPEL-03-2021-0106 DOI: https://doi.org/10.1108/COMPEL-03-2021-0106

Improved air gap permeance modelling for single-slice magnetic equivalent circuits of skewed induction motors / P. Desenfans, Z. Gong, D. Vanoost et al. // COMPEL. 2024. Vol. 43, no. 3. P. 475–492. DOI: 10.1108/COMPEL-11-2023-0573 DOI: https://doi.org/10.1108/COMPEL-11-2023-0573

Yetgin A.G. Investigation of the Effects of Stator Slot Permeance on Induction Motor and Obtaining the Best Starting Torque Using Permeance Calculation // Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering. 2020. Vol. 43, no. 1. P. 25–29. DOI: 10.1109/CJECE.2019.2914959 DOI: https://doi.org/10.1109/CJECE.2019.2914959

Ou L., Wang X., Xiong F., Ye C. Reduction of torque ripple in a wound-rotor brushless doubly-fed ma-chine by using the tooth notching // IET Electric Power Applications. 2018. Vol. 12, iss. 5. P. 635–642. DOI: 10.1049/iet-epa.2017.0683 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2017.0683

Torque ripple suppression strategy of asynchronous motor for electric vehicle based on random pulse po-sition space vector pulse width modulation with uniform probability density / F. Xie, W. Wu, W. Hong, C. Qiu // IET Electric Power Applications. 2021. Vol. 15, iss. 8. P. 1068–1080. DOI: 10.1049/elp2.12081 DOI: https://doi.org/10.1049/elp2.12081