НАГРІВ РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА ЗА НАЯВНОСТІ ДЕФЕКТІВ ОБМОТКИ РОТОРА І ФОРСУВАННІ СТРУМУ ЗБУДЖЕННЯ

Purpose. Research of the TGV-200 turbogenerator rotor heating in case of rotor winding damages, which occur as a result of prolonged operation of the turbogenerator, namely - clogging of the ventilation channels of the rotor winding and the occurrence of short circuits of the rotor windings. Particular attention is paid to heating during short-term increasing of the excitation current, which is performed to keep the generator in synchronous mode of operation. Methods. Field mathematical models are used. Results. It is determined that the clogging of the rotor winding ducts has a greater effect on the rotor heating compared to the short circuits of the individual windings of the rotor winding. It was defined that increasing of the excitation current within the limits regulated by the current standards of the turbogenerators operation becomes impossible with clogging of a small number of ventilation channels of the rotor winding, which impairs the efficiency of the turbogenerator and requires its output to repair. Scientific novelty. A mathematical model of rotor heating is developed in case of typical damages of the rotor winding. Practical value. The areas in the rotor where the temperatures and temperature gradients reach the highest values was determined, which allows to recommend the locations of the optimal temperature sensors placements. Мета. Дослідження нагріву ротора турбогенератора типу ТГВ-200 за наявності ушкоджень обмотки ротора, які виникають внаслідок тривалої експлуатації турбогенератора, а саме – засмічення (закупорка) вентиляційних каналів обмотки ротора і виникнення коротких замикань витків обмотки ротора. Особлива увага приділяється нагріву при короткочасному форсуванні струму збудження, яке виконується для утримання генератора в синхронному режимі роботи. Методика. Використовуються польові математичні моделі. Результати. Визначено, що засмічення вентиляційних каналів обмотки ротора в більшій мірі впливає на нагрів ротора у порівнянні з коротким замиканням окремих витків обмотки ротора. Встановлено, що форсування струму збудження в межах, які регламентовані діючими стандартами експлуатації турбогенераторів, стає неможливим при засміченні невеликої кількості вентиляційних каналів обмотки ротора, що погіршує ефективність роботи турбогенератора і потребує його виводу в ремонт. Наукова новизна. Розроблено математичну модель нагріву ротора при наявності типових ушкоджень обмотки ротора. Практичне значення. Визначено ділянки в роторі, де температури і температурні градієнти досягають найбільших значень, що дозволяє рекомендувати місця оптимального розташування датчиків температури.

ELECTRIC GENERATOR IN THE RECUPERATION SYSTEM OF THE ENERGY FROM MECHANICAL OSCILLATIONS IN VEHICLES

The paper deals with the system of mechanical energy recuperation of vehicles in the useful electric energy accumulated in the rechargeable battery. This system creates an additional power supply on board of the vehicle and, based on the principle of energy conservation, increases the efficiency of the use of the fuel of the primary engine. One of the main elements of such system is an electric generator, which transforms the mechanical energy of the oscillations of the vehicle's chassis into electric energy. The problem of choosing and optimizing the design and parameters of the generator is considered in the paper. Given the peculiarities of the functioning of the vehicle, the most appropriate type of generator in such system is a synchronous generator with permanent magnet, which has significant structural differences from conventional synchronous machines with permanent magnets. The criterion for optimizing the generator is the largest value of the effective value of the EMF, which is induced in the stator winding. On the basis of simulation results, based on the field mathematical model, a set of values of generalized coefficients that characterize the optimal generator geometry is obtained

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ВІБРОЗБУДЖУЮЧІ СИЛИ ПРИ НАЯВНОСТІ ЕКСЦЕНТРИСИТЕТУ РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА

Electromagnetic vibration disturbing forces in different variants of the rotor displacement from an axis of the stator bore is carried out. Investigation for ТG type ТGV-200-2 by finite element method in COMSOL Multiphysics is carried out. The field mathematical model of static and dynamic eccentricity is described. The amplitude vibration disturbing forces are greatest, when a static eccentricity direction coincides with an axis of the stator winding phase is shown. The diagnostic features static and dynamic eccentricities are formulated. The most value of forces in the point with minimal air gap is shown. The diagnostic features static and dynamic eccentricities and the method of diagnostic eccentricity are formulated. Diagnostic feature of static eccentricity is to change the amplitude Maxwell stress tensor is established. The dynamic eccentricity diagnostic features are appearance in the spectrum of vibration disturbing forces rotating and multiple harmonics.В статье исследовано электромагнитные вибровозмущающие силы турбогенератора при наличии дефекта ротора. Исследования выполнены для турбогенератора типа ТГВ-200-2 методом конечных элементов в программном обеспечении COMSOL Multiphysics. Описано полевую математическую модель статического и динамического эксцентриситета, которая позволяет смоделировать сигналы датчика вибраций как функции реального времени. Выполнено серию расчетов электромагнитных сил при различных вариантах смещения ротора с оси расточки статора. Показано, что при возникновении эксцентриситета наблюдается существенное увеличение вибровозмущающих сил и наибольшее значение сил будет в точке с минимальным воздушным промежутком. Введено новые диагностические параметры и предложено методику диагностирования эксцентриситета. На основе проведенного математического моделирования установлено, что диагностическим признаком статического эксцентриситета является изменение амплитуды тензора магнитного тяжения, а признаком динамического эксцентриситета – наличие в спектре вибровозмущающих сил оборотной и кратных ей гармоник.В статті досліджено електромагнітні віброзбуджуючі сили турбогенератора при наявності ексцентриситету ротора. Дослідження проведено для турбогенератора типу ТГВ-200-2 методом скінченних елементів у програмному середовищі COMSOL Multiphysics. Описано польову математичну модель статичного та динамічного ексцентриситету, яка дозволяє змоделювати сигнали датчиків вібрацій як функції часу. Проведено серію розрахунків електромагнітних сил при різних варіантах зміщення ротора з осі розточки статора. Показано, що при появі ексцентриситету спостерігається суттєве збільшення віброзбуджуючих сил і найбільше значення сил спостерігається у точці з мінімальним повітряним проміжком. Введено нові діагностичні параметри та запропоновано методику діагностування ексцентриситету. На основі проведеного математичного моделювання встановлено, що діагностичною ознакою статичного ексцентриситету є зміна амплітуди тензора магнітного натягу, а ознакою динамічного ексцентриситету є поява у спектрі віброзбуджуючих сил обертової та кратних їй гармонік

ДИАГНОСТИКА КОМБИНИРОВАННЫХ ДЕФЕКТОВ РОТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ИНДУКЦИОННЫМ МЕТОДОМ

A diagnostics methodology for combined defects of induction motor rotors is introduced, the defects considered being simultaneous damage of rods, cage rings, and the rotor active steel. Diagnostic features and recommendations on the rotor combined defects identification are formulated.Предложена методология диагностики комбинированных дефектов ротора асинхронного двигателя, при которых одновременно могут быть повреждены стержни, коротко замыкающие кольца и активная сталь ротора. Сформулированы диагностические признаки и рекомендации по выявлению комбинированных дефектов ротора.Запропоновано методологію діагностики комбінованих дефектів ротора асинхронного двигун, при яких одночасно можуть бути ушкоджені стрижні, коротко замикаючі кільця та активна сталь ротора. Сформульовано діагностичні ознаки та рекомендації щодо виявлення комбінованих дефектів ротора

ЕЛЕКТРОГЕНЕРАТОР В СИСТЕМІ РЕКУПЕРАЦІЇ ЕНЕРГІЇ МЕХАНІЧНИХ КОЛИВАНЬ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ

The paper deals with the system of mechanical energy recuperation of vehicles in the useful electric energy accumulated in the rechargeable battery. This system creates an additional power supply on board of the vehicle and, based on the principle of energy conservation, increases the efficiency of the use of the fuel of the primary engine. One of the main elements of such system is an electric generator, which transforms the mechanical energy of the oscillations of the vehicle's chassis into electric energy. The problem of choosing and optimizing the design and parameters of the generator is considered in the paper. Given the peculiarities of the functioning of the vehicle, the most appropriate type of generator in such system is a synchronous generator with permanent magnet, which has significant structural differences from conventional synchronous machines with permanent magnets. The criterion for optimizing the generator is the largest value of the effective value of the EMF, which is induced in the stator winding. On the basis of simulation results, based on the field mathematical model, a set of values of generalized coefficients that characterize the optimal generator geometry is obtained. У статті розглядається система рекуперації енергії механічних коливань транспортних засобів в корисну електроенергію, яка накопичується в акумуляторній батареї. Одним з основних елементів такої системи є електрогенератор, який перетворює механічну енергію коливань шасі транспортного засобу в електричну енергію. Також розглянута проблема вибору та оптимізації конструкції і параметрів генератора. З огляду на особливості функціонування транспортного засобу найбільш доцільним типом генератора в такій системі є синхронний генератор з постійними магнітами, який має суттєві конструктивні відмінності від традиційних синхронних машин з постійними магнітами. Критерієм оптимізації генератора є максимальна величина діючого значення ЕРС, яка індукується в обмотці статора. За результатами моделювання на основі польової математичної моделі отримано сукупність значень узагальнених коефіцієнтів, які характеризують оптимальну геометрію генератора.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЯГОВОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

A mathematical model of electromagnetic field for simulating operational modes of traction synchronous motors with permanent magnets intended for electric vehicles is developed. The mathematical model takes into account real-time rotor rotation and allows calculating and analyzing the motor basic running characteristics as time functions.Разработана полевая математическая модель и выполнено моделирование режимов работы тягового синхронного двигателя с постоянными магнитами, предназначенного для использования в электромобилях. Разработанная математическая модель учитывает вращение ротора в масштабе реального времени и позволяет рассчитать и проанализировать основные рабочие характеристики двигателя в виде временных функций.Розроблено польову математичну модель і виконано моделювання режимів роботи тягового синхронного двигуна з постійними магнітами, призначеного для використання в електромобілях. Розроблена математична модель враховує обертання ротора в масштабі реального часу і дозволяє розрахувати та проаналізувати основні робочі характеристики двигуна як функції часу

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЯГОВОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

A mathematical model of electromagnetic field for simulating operational modes of traction synchronous motors with permanent magnets intended for electric vehicles is developed. The mathematical model takes into account real-time rotor rotation and allows calculating and analyzing the motor basic running characteristics as time functions.Разработана полевая математическая модель и выполнено моделирование режимов работы тягового синхронного двигателя с постоянными магнитами, предназначенного для использования в электромобилях. Разработанная математическая модель учитывает вращение ротора в масштабе реального времени и позволяет рассчитать и проанализировать основные рабочие характеристики двигателя в виде временных функций.Розроблено польову математичну модель і виконано моделювання режимів роботи тягового синхронного двигуна з постійними магнітами, призначеного для використання в електромобілях. Розроблена математична модель враховує обертання ротора в масштабі реального часу і дозволяє розрахувати та проаналізувати основні робочі характеристики двигуна як функції часу