Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в Смоленске, Смоленск, Россия:

С. П. Курилин, профессор кафедры электромеханических систем, докт. техн. наук, проф., эл. почта: sergkurilin@gmail.com
М. И. Дли, заместитель директора по научной работе, докт. техн. наук, проф., эл. почта: dlimi@mpei.ru
В. Н. Денисов, профессор кафедры высшей математики, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: dvalnik@mail.ru

Московский финансово-промышленный университет «Синергия», Москва, Россия:

Ю. Б. Рубин, заведующий кафедрой теории и практики конкуренции, докт. экон. наук, проф., эл. почта: Yrubin@synergy.ru

Замена вращающихся асинхронных электроприводов линейными повышает надежность и снижает материалоемкость электрооборудования цветной металлургии. При этом в каждом конкретном случае необходимо технико-экономическое обоснование применения линейного асинхронного электродвигателя (ЛАЭД), которое выполняется на основе оценки основных технических характеристик устройства, полученных путем математического моделирования. Проведен анализ существующих моделей ЛАЭД. Задача исследования состоит в разработке аналитических моделей проектировочной ориентации. Объектами изучения являются плоские двухсторонние ЛАЭД с коротким и длиннымвторичным элементом (ВЭ). Изложена область применения таких ЛАЭД в цветной металлургии. Сформированы расчетная схема и математическая модель для расчета векторного магнитного потенциала и тяговой силы ЛАЭД с длинным ВЭ. Методом интегрального преобразования Фурье найдено точное решение для векторного магнитного потенциала, которое совместно с выражением для тяговой силы является проектировочной моделью для компоновки устройства. Выполнен выбор параметров модели, исходя из желательной механической характеристики ЛАЭД. Проведено компоновочное проектирование ЛАЭД с длинным ВЭ на силу 1000 Н и скорость движения 2–3 м/с. Представлены результаты моделирования и технические характеристики ЛАЭД. Выполнено сравнение вариантов конструктивного исполнения ЛАЭД. Изложены особенности расчетной схемы и математической модели для определения векторного магнитного потенциала и тяговой силы ЛАЭД с коротким ВЭ. Методом Бубнова – Галёркина находили приближенное решение для векторного магнитного потенциала. На его основе проводили компоновочное проектирование ЛАЭД с коротким ВЭ на силу 528 Н и скорость 2–3 м/с. Приведены экономические аспекты внедрения ЛАЭД. Отмечено, что малая вероятность отказа ЛАЭД снижает ущерб от внезапной остановки технологического процесса и внеплановых мероприятий по восстановлению работоспособности оборудования. Кроме того, уменьшаются затраты на резервирование оборудования.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-01-00283.

1. Kurilin S. P., Dli M. I., Sokolov A. M. Linear induction motors for non-ferrous metallurgy // Non-ferrous Metals. 2021. No. 1. P. 67–73. DOI: 10.17580/nfm.2021.01.09.
2. Kurilin S. P., Dli M. I., Rubin Y. B., Chernovalova M. V. Methods and means of increasing operation efficiency of the fleet of electric motors in non-ferrous metallurgy // Non-ferrous Metals. 2020. No. 2. P. 73–78. DOI: 10.17580/nfm.2020.02.09.
3. Вольдек А. И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. — Л. : Энергия, 1970. — 270 с.
4. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей : пер. с англ. — Л. : Энергоатомиздат, 1983. — 180 с.
5. Sarapulov F. N., Frizen V. E., Shvydkiy E. L., Smol’yanov I. A. Mathematical modeling of a linear-induction motor based on detailed equivalent circuits // Russian Electrical Engineering. 2018. Vol. 89, No. 4. P. 270–274.
6. Yu S. O., Sarapulov F. N., Tomashevsky D. N. Mathematical modeling of electromechanical characteristics of linear electromagnetic and induction-dynamic motors // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 950, Iss. 1. 012020.
7. Smolyanov I., Sarapulov F., Tarasov F. Calculation of linear induction motor features by detailed equivalent circuit method taking into account non-linear electromagnetic and thermal properties // Computers and Mathematics with Applications. 2019. Vol. 78, Iss. 9. P. 3187–3199.
8. Sarapulov F. N., Goman V., Trekin G. E. Temperature calculation for linear induction motor in transport application with multiphysics approach // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 966, Iss. 1. 012105.
9. Сарапулов Ф. Н., Смольянов И. А. Исследование тягового линейного асинхронного двигателя конвейерного поезда // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2019. Т. 62, № 1. С. 39–43.
10. Smolyanov I., Shmakov E., Gasheva D. Research of linear induction motor as part of driver by detailed equivalent circuit // Proceedings International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2019. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2019. 8867757.
11. Чапаев В. С., Волков С. В., Мартяшин А. А. Основные математические соотношения для исследования распределения магнитного поля в линейном асинхронном двигателе с управляющим слоем // Надежность и качество: Труды международного симпозиума: в 2-х т / под ред. Н. К. Юркова. — Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. Т. 1. С. 153–155.
12. Kazraji S. M., Sharifyan M. B. B. A predictive control model for an induction motor linear drive // IECON 2017 – 43^rd IEEE Industrial Electronics Society Annual Conference. 2017. P. 3736–3739. DOI: 10.1109/IECON.2017.8216635.
13. Makarov L. N., Denisov V. N., Kurilin S. P. Designing and modeling a linear electric motor for vibration-technology machi nes // Russian Electrical Engineering. 2017. Vol. 88, No. 3. P. 166–169.
14. Creppe R. C., Ulson J. A. C., Rodrigues J. F. Influence of design parameters on linear induction motor end effect // IEEE Transactions on Energy Conversion. June 2008. Vol. 23, No. 2. P. 358–362. DOI: 10.1109/TEC.2008.918594.
15. Merlin Mary N. J., Ganguly C., Kowsalya M. Mathematical modelling of linear induction motor with and without considering end effects using different reference frames // 2016 IEEE 1st International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES). 2016. P. 1–5. DOI: 10.1109/ICPEICES.2016.7853160.

16. Cho H., Liu Y., Kim K. A. Short-primary linear induction motor modeling with end effects for electric transportation systems // 2018 International Symposium on Computer, Consumer and Control (IS3C). 2018. P. 338–341. DOI: 10.1109/IS3C.2018.00092.
17. Демидович Б. П., Марон И. А., Шувалова Э. З. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения : учебное пособие. — 5-е изд. [Эл. ресурс]. — СПб. : Лань, 2010. — 400 с.