Ключові слова
permanent magnet heating
multiphysics mathematical model тяговий синхронний двигун з постійними магнітами
нагрів постійних магнітів
мультифізична математична модель
Як цитувати
Анотація
Розглядається тяговий синхронний двигун з постійними магнітами (СДПМ) потужністю 140 кВт, призначений для приводу маневрених електровозів і локомотивів потягів метро. Досліджується вплив нагріву постійних магнітів (ПМ) двигуна на його характеристики. Нагрів ПМ під час експлуатації СДПМ супроводжується зменшенням магнітних характеристик ПМ і відповідним зменшенням потужності двигуна, що змінює можливості його надійного функціонування. Тому необхідним є аналіз змін характеристик СДПМ, викликаний нагрівом ПМ. Мета роботи – розробка мультифізичної математичної моделі СДПМ та оцінка впливу нагріву ПМ на характеристики двигуна. Поставлена мета досягається шляхом розробки мультифізичної математичної моделі фізичних процесів в СДПМ, яка враховує взаємний вплив електромагнітних, теплових і вентиляційних процесів під час розрахунку характеристик двигуна, що забезпечує підвищену достовірність результатів моделювання. За результатами математичного моделювання отримано інформацію щодо суттєвого впливу нагріву ПМ на електромагнітний момент і потужність тягового СДПМ. Встановлено, що у разі нагріву ПМ на кожний 1°C СДПМ в середньому втрачає близько 0,12% потужності. Практична цінність полягає у технічних пропозиціях щодо підвищення рівня температурної стабілізації ПМ, що сприяє стабілізації енергетичних характеристик СДПМ. Бібл. 18, табл. 2, рис. 3.
Посилання
Bilgin O., Kazan F.A. The effect of magnet temperature on speed, current and torque in PMSMs. XXII Interna-tional Conference on Electrical Machines (ICEM), Lausanne, Switzerland, 04-07 September 2016. Pp. 2080–2085. DOI https://doi.org/10.1109/icelmach.2016.7732809.
Magdaleno-Adame S., Cunningham G.J., Miller D., O’Brien S. Calculation of the Remnant Magnetization and Magnetic Saturation Characteristics for Sintered NdFeB Permanent Magnets Utilizing Finite Element Transient Simulations. IEEE Transactions on Magnetics. 2019. Vol. 55. No 12. Pp. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1109/tmag.2019.2940426.
Sagawa M., Une Y. The status of sintered NdFeB magnets. Modern Permanent Magnet. 2022. Pp. 135–168. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-323-88658-1.00010-8.
Yoshida Y., Yoshikawa N. Hot formed NdFeB magnets. Modern Permanent Magnets. 2022. Pp. 251–304. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-323-88658-1.00006-6.
Temperature characteristics of magnets NdFeB. URL: https://tymagnets.com/ru/температурные-характеристики-спеченных-неодимовых-магнитов (accessed at 15.01.2025). (Ukr)
Fukuma A., Kanazawa S., Miyagi D., Takahashi N. Investigation of AC loss of permanent magnet of SPM motor considering hysteresis and eddy-current losses. IEEE Transactions on Magnetics. 2005. Vol. 41. No 5. Pp. 1964–1967. DOI: https://doi.org/10.1109/tmag.2005.846282.
I Petrov I., Egorov D., Link J., Stern R., Ruoho S., Pyrhonen J. Hysteresis Losses in Different Types of Permanent Magnets Used in PMSMs. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017. Vol. 64. No 3. Pp. 2502–2510. DOI: https://doi.org/10.1109/tie.2016.2548440.
Ren X., Chen Z., Du R., Feng M. Loss and Thermal Analysis of a High-Power-Density Permanent Magnet Starter/Generator. Energies. 2024. Vol. 17. No 20. P. 5049. DOI: https://doi.org/10.3390/en17205049.
Baranski M., Demenko A., Szelag W., Lyskawinski W. Experimental verification of temperature effects on func-tional parameters in a line start permanent magnet synchronous motor. IET Science, Measurement & Tech-nology. 2024. Vol. 18. No 9. Pp. 491–498. DOI: https://doi.org/10.1049/smt2.12206.
Yang G., Zhang S., Zhang C. Analysis of Core Loss of Permanent Magnet Synchronous Machine for Vehicle Ap-plications under Different Operating Conditions. Applied Sciences. 2020. Vol. 10. No 20. P. 7232. DOI: http://doi.org/10.3390/app10207232.
Vaskovskyi Yu.M., Nesterenko D.S. Complex multiphysical mathematical model of physical processes in power-full traction electric machines. Tekhnichna Elektrodynamika. 2025. No 2. Pp. 49–56. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2025.02.049. (Ukr)
Vaskovskyi Yu.M. Field analysis of electric machines. Kyiv: NTUU KPI, 2007. 191 p. (Ukr.).
Goldberg O.D., Gurin Ya.S., Sviridenko I.S. Design of electric machines. Moskva: Vysshaya shkola, 2001. 430 p. (Rus)
John J. Croat, John Ormerod. Modern permanent magnets. Woodhead publishing series in electronic and optical materials. 2022. 443 p.
Physical Properties of Permanent Magnet Materials. URL: https://www.allianceorg.com/pdfs/PhysicalPropertiesofMagnets.pdf (accessed at 21.01.2025).
Filipov I.F. Heat transfer in electric machines. Leningrad: Energoatomizdat, 1986. 255 p. (Rus).
Gazley C. Heat-transfer characteristics of the rotating and axial flow between concentric cylinders. Transaction ASME. 1958. No 1. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4012256.
Toshiba hybrid locomotives URL: https://www.global.toshiba/ww/outline/infrastructure/business-introduction/railway/download.html#03 (accessed at 08.08.2024).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2025 Array