Анализ магнитного потока и статических характеристик синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением с помощью метода конечных элементов в программе ANSYS MAXWELL

Аннотация

Актуальность: с развитием средств компьютерного моделирования и численных методов решения сложных аналитических задач у разработчика появляется все больше инструментов, пригодных для применения в повседневной практике. При этом часто трудно определить наиболее эффективный путь решения поставленной задачи по причине недостаточной информации о возможностях того или иного программного пакета. Предлагаемая статья описывает возможности программного комплекса ANSYS Maxwell в качестве инструмента для анализа синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением применительно к задаче проектирования электрического двигателя для компрессорной установки в АО «Сырдарья ТЭС». Показано, что на рынке существует программный продукт, удовлетворяющий самым серьезным требованиям разработчика и исследователя, продемонстрированы различные возможности программного комплекса для определения и исследования характеристик, анализа синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением. Приведены результаты сравнения расчетов, выполненных с помощью программного комплекса и традиционных методик расчета по схемам замещения, демонстрирующие качество расчета описываемого программного комплекса, что подтверждает пригодность его для применения не только при проектировании электрических машин, но и при исследовании электромагнитных процессов в различных электромеханических устройствах.

Цель: целью данной статьи является знакомство с современными способами анализа магнитного потока и статическими характеристиками синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением использованием программного пакета электромагнитных расчетов ANSYS Maxwell.

Методы: в статье, для вычисления рабочих характеристик машины используется метод эквивалентной магнитной цепи и классическая аналитическая теория электрических машин, что позволяет намного быстрее проанализировать свойства модели и дать результат. Для выбора основного варианта был использован метод сравнительного анализа, благодаря которому был выбран синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением высокой технологичности, простотой конструкции, с отработанной методикой производства, несущественным воздействием реакции якоря.

Результаты: для проверки качества расчета, выполненного программным пакетом, был проведён проверочный расчёт синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением по известным методикам. В ходе проверки были рассчитаны магнитная цепь и потери в электрической машине, построены рабочие характеристики и осциллограммы напряжений и токов идеализированной системы.