Search

Актуальность исследования обусловлена возрастающей потребностью применения карьерных самосвалов с дизельэлектрическим (гибридным) приводом для разработки полезных ископаемых. Улучшение рабочих и стоимостных характеристик электропривода карьерных самосвалов способствует уменьшению затрат при разработке полезных ископаемых. Цель: поиск эффективного подхода для оптимизации одноименнополюсного синхронного двигателя для привода колес карьерного самосвала, позволяющего решить проблему высокой потребности в вычислительных ресурсах при расчете трехмерной модели магнитного поля двигателя; выработка рекомендаций к проектированию одноименнополюсного синхронного двигателя с обмоткой возбуждения на статоре; оптимизация с целью уменьшения потерь мощности и максимального тока двигателя при заданной тяговой характеристике привода для снижения номинального тока и стоимости инверторного полупроводникового модуля электропривода карьерного самосвала с рассматриваемым типом двигателя. Объекты: конструкция шестиполюсного девятифазного одноименнополюсного синхронного двигателя с обмоткой возбуждения на статоре мощностью 370 кВт. Методы: безградиентный метод оптимизации, математическое моделирование, двухмерный метод конечных элементов, метод схем замещения. Результаты. Предложен новый, эффективный с точки зрения точности расчета характеристик и вычислительных затрат, подход к оптимизации одноименнополюсного синхронного двигателя. В результате проведенной оптимизации потери в двигателе и максимальный ток, потребляемый двигателем от инвертора, были значительно снижены. Достигнутое снижение максимального тока позволяет снизить стоимость полупроводниковых модулей инвертора в 1,4 раза, а также позволяет снизить на ту же величину переменную составляющую тока звена постоянного тока инвертора. The relevance of the study is in the increasing need for the use of mining dump trucks with a diesel-electric (hybrid) drive for the development of minerals. Improving the operational and cost characteristics of the electric drive of mining dump trucks helps to reduce costs in the development of minerals. The main aim of the study is to find an effective approach to optimizing a synchronous homopolar motor for driving the rear wheels of a mining dump truck, which makes it possible to solve the problem of the high demand for computing resources when simulating a threedimensional magnetic field of the motor; develop the recommendations for the design of a synchronous homopolar motor with an excitation winding on the stator; apply the optimization to reduce power losses and maximum motor current for a given traction characteristic of the drive, and to reduce the current rating and cost of the semiconductor inverter module of the electric drive of a mining dump truck with the type of motor under consideration. Object of the research is a design of a six-pole nine-phase synchronous homopolar motor with an excitation winding on the stator with a power rating of 370 kW. Methods: derivative-free optimization method; equivalent circuit method; mathematical modeling; two-dimensional finite element method. Results. A novel approach to optimization of a synchronous homopolar motor is proposed. This approach is effective from the point of view of the accuracy of calculating the characteristics and computational costs. As a result of optimization, the motor losses and the maximum current required by the motor from the inverter have been significantly reduced. The achieved reduction of the motor current allows reducing the cost of the semiconductor modules of the inverter by 1,4 times (by 2295 United States dollars), and also allows reducing the alternating component in the current of the direct current link of the inverter by the same amount.

Актуальность исследования обусловлена возрастающей потребностью применения автономных гибридных электростанций, использующих возобновляемые источники с целью уменьшения потребления органического топлива. Улучшение рабочих свойств и уменьшение стоимости безредукторных ветрогенераторов, применяемых в составе таких электростанций, способствует улучшению их технико-экономических характеристик. Цель: поиск эффективного подхода для оптимизации генератора с переключением потока для безредуктороной ветроустановки, позволяющего сократить применение вычислительных ресурсов, в сравнение с существующими подходами; выработка рекомендаций к проектированию ветрогенератора с переключением потока с постоянными магнитами на статоре; улучшение характеристик конструкции генератора, спроектированной ранее. Объекты: математическая модель и конструкция генератора с переключением потока с магнитами на статоре, математическая модель безредуктороной ветротурбины. Методы: безградиентный метод оптимизации, математическое моделирование, двухмерный метод конечных элементов, оценка и анализ скорости ветра в различных мировых регионах, статистические методы. Результаты. Произведена многокритериальная оптимизация конструкции безредуктороного ветрогенератора с переключением потока. В результате были улучшены энергетические характеристики генератора, снижены пульсации момента, а также снижена номинальная мощность электронного преобразователя ветроустановки. Получены общие рекомендации, относительно геометрии конструкции, которые могут быть использованы при проектировании таких генераторов. Предложен метод расчета замещающих профилей для характеристики цикла работы ветротурбины, которой может быть использован для снижения вычислительных затрат в процессе оптимизации ветрогенераторов. Показано сокращение вычислительных затрат с помощью полученного метода на примере замены исходной девятиточечной характеристики цикла работы ветротурбины на замещающий двухточечный профиль. The relevance of the research is caused by the increasing need for autonomous hybrid power plants using renewable sources to reduce the consumption of fossil fuels. Improving the performance and reducing the cost of gearless wind generators used in such power plants will contribute to improvement of technical and economic characteristics of the plants. The main aim of the research includes the elaboration of an effective approach for optimizing the flux switching generator for gearless wind turbines, which reduces the use of computing resources, in comparison with existing approaches; elaboration of recommendations for the design of the flux switching wind generator with permanent magnets on the stator; improving the initial design of the generator. Objects of the research are the mathematical model and the design of flux switching generator with permanent magnets on the stator. Methods: assessment and analysis of wind speed data worldwide; derivative-free optimization method; finite element method; mathematical modeling; statistical methods. Results. The multicriteria optimization of the design of a gearless wind flux switching generator was carried out. As a result, the generator efficiency was increased, its torque ripple and the rated power of the electronic converter of the wind turbine system were reduced. General recommendations regarding the geometry are obtained which can be used for designing similar flux switching generators. A method is proposed for construction of substituting profiles of the operating characteristics of wind turbines, which can be used to reduce computational effort during the optimization. The computational cost reduction using the obtained method is demonstrated using the example of replacing the original nine-point working profile of a wind turbine with a substituting two-point one.