Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.

Конюшенко Е. В. и др. Сравнение конструкций синхронных машин. Расчет производится на основе метода конечных элементов в программном комплексе Comsol Multiphysics. Моделирование магнитных систем выполнено с помощью метода конечных элементов в 2D в статическом режиме работы со следующими допущениями: • не учитывались краевые эффекты; • магнитные свойства электротехнической стали задавались при помощи нелинейной кривой намагничивания; • не учитывались магнитные потери на гистерезис и индуцированные токи; • свойства постоянных магнитов задавались через остаточную магнитную индукцию и магнитную проницаемость. При моделировании генераторы разделяются на три характерные области и уравнения (2-4) конкретизируются для каждой из них (рис. 1): область 1 - ПМ чередующейся полярности (J = 0); область 2 - магнитопровод из электротехнической стали ( Br = 0, J = 0); область 3 - обмотка, выполненная из меди ( Br = 0). Расчетные уравнения в общем виде записываются на основе уравнений Максвелла в дифференциальной форме V • B = 0; (2) V • H = J; (3) B = Ц0ІЛ-(H)H + Br, (4) где B - вектор магнитной индукций, Тл; J - вектор плотности тока, А/мм2; Br - вектор остаточной магнитной индукции, Тл; H - вектор напряженности магнитного поля, А/м; ц0 - магнитная постоянная 4л-10-7 Гн/м; - относительная магнитная проницаемость, которая зависит от модуля вектора напряженности магнитного поля H . Граничные условия в общем виде могут быть представлены формулами n • B - B 2 ) = 0; (5) n • (H - H 2 ) = J; (6) n • (Ввн) = 0, (7) где Bb B2, Ввн - векторы магнитной индукции на границе смежных областей и на внешней границе модели, Тл; H 1 , H 2 - векторы напряженности магнитного поля на границе смежных областей, А/м. Материал постоянных магнитов выбран марки N42. Упрощенная схема обмотки: ...AA|C’C’|BB|A’A’|CC|B’B ’... (рис. 2). б Рис. 2. Схема обмоток: а - конструкция синхронной машины с двумя воздушными зазорами, б - конструкция синхронной машины с тремя воздушными зазорами Fig. 2. Winding diagram: a - design of a synchronous machine with two air gaps, б - design of a synchronous machine with three air gaps а Передаточное отношение трансформатора момента рассчитывается по формуле (8) и составляет 11,2 i = p + 1, (8) Pr где ps - число пар полюсов ПМ статора, p r - число пар полюсов ПМ быстроходного ротора, i - передаточное отношение. Материал магнитопровода статора и роторов задается в соответствии с характеристикой намагничивания стали 2411. Расчет проводится в программном обеспечении Comsol Multiphysics с помощью встроенной физики Rotating Machinery, Magnetic. 444