Проектування та моделювання сервоприводного двигуна за допомогою використання ANSYS Electromagnetics

Автор(и)

  • Владислав Плюгін Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Олександр Аксьонов Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Євген Цегельник Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Сергій Планковський Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Володимир Комбаров Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Лідія Піддубна Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

DOI:

https://doi.org/10.33042/2079-424X.2021.60.3.04

Ключові слова:

сервоприводний двигун, вбудовані магніти, ANSYS Simplorer, Twin Builder, параметри двигуна

Анотація

Стаття присвячена визначенню вихідних параметрів серводвигуна, який відноситься до синхронних машин з постійними магнітами, з метою подальшого визначення характеристик динамічних режимів в програмному пакеті ANSYS Electromagnetics. Програма RMxprt, яка входить до ANSYS Electromagnetics, дозволяє визначити параметри обмоток, втрати, робочі характеристики двигуна, але вимагає заповнення формуляру з повним набором геометричних розмірів та обмоткових даних. Звичайно, такі дані відсутні у паспорті двигуна, тому перша задача, яка вирішена у статті – це визначення всіх необхідних і достатніх параметрів для виконання розрахунку в RMxprt. Результати розрахунків були порівняні із вимірюваннями за допомогою експериментального зразку серводвигуна моделі EMG-10APA22. У статті показано, як виконати експорт об’єкту серводвигуна з RMxprt у робочій простір програми Simplorer, яка також входить до пакету ANSYS Electromagnetics. За результатами моделювання в ANSYS Simplorer отримано характеристики перехідних режимів серводвигуна при живленні від стабільного трифазного джерела. Показано перспективи подальших досліджень, пов’язаних з удосконаленням імітаційної моделі в ANSYS Simplorer.

Біографії авторів

Владислав Плюгін, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Доктор технічних наук, професор кафедри систем електропостачання та електроспоживання міст

Олександр Аксьонов, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Аспірант кафедри систем електропостачання та електроспоживання міст

Євген Цегельник, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Кандидат технічних наук, доцент кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Сергій Планковський, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Доктор технічних наук, професор кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Володимир Комбаров, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Кандидат технічних наук, доцент кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Лідія Піддубна, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Кандидат філософських наук, доцент кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Посилання

Nicolescu, A., Avram, C., & Ivan, M. (2014). Optimal servomotor selection algorithm for industrial robots and machine tools NC axis. Proceedings in Manufacturing Systems, 9(2), 105–114. http://icmas.eu/Journal_archive_files/Vol_9-Issue2_2014_PDF/105-114_Nicolescu.pdf

Yamazaki, T. (2017). Experimental study on dynamic behavior of high precision servo motor for machine tools. Applied Mechanics and Materials, 863, 224–228. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.863.224

Kombarov, V., Sorokin, V., Tsegelnyk, Y., Plankovskyy, S., Aksonov, Y., & Fojtů, O. (2021). Numerical control of machining parts from aluminum alloys with sticking minimization. International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics, 1(9), 209–216. https://doi.org/10.17683/ijomam/issue9.30

Abdul Ali, A.W., Abdul Razak, F.A., & Hayima, N. (2020). A review on the AC servo motor control systems. ELEKTRIKA – Journal of Electrical Engineering, 19(2), 22–39. https://doi.org/10.11113/elektrika.v19n2.214

Hossain, A., & Rasheduzzaman, M. (2011). Integrating servomotor concepts into mechatronics engineering technology curriculum emphasizing high speed packaging machinery. In 2011 ASEE Annual Conference & Exposition (p. 22.915). ASEE. https://doi.org/10.18260/1-2--18244

Voss, W. (2007). A Comprehensible Guide to Servo Motor Sizing. Copperhill Media.

Vagati, A., Fratta, A., Franceschini, G., & Rosso, P. (1996). AC motors for high-performance drives: a design-based comparison. IEEE Transactions on Industry Applications, 32(5), 1211–1219. https://doi.org/10.1109/28.536885

Huang, C., Lei, F., Han, X., & Zhang, Z. (2019). Determination of modeling parameters for a brushless DC motor that satisfies the power performance of an electric vehicle. Measurement and Control, 52(7-8), 765–774. https://doi.org/10.1177/0020294019842607

ESTUN. (2021). AC Servo Motor. http://estun.com.ua/pdf/ac_servo_motor.pdf

Shinde, P.S., Thosar, A.G., & Ratnani, P.L. (2015). Design of permanent magnet synchronous motor. International Journal of Scientific & Engineering Research, 6(1), 107–110. https://ijser.org/researchpaper/design-of-permanent-magnet-synchronous-motor.pdf

Shen, Q., Sun, N., Zhao, G., Han, X., & Tang, R. (2010). Design of a permanent magnet synchronous motor and performance analysis for subway. In 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (pp. 1–4). IEEE. https://doi.org/10.1109/APPEEC.2010.5449212

Isfahani, A.H., & Sadeghi, S. (2008). Design of a permanent magnet synchronous machine for the hybrid electric vehicle. World Academy of Science, Engineering and Technology, 45, 566–570. https://doi.org/10.5281/zenodo.1332212

Panigrahi, B.P., Patra, K.C., Subbarao, V., & Prasad, D. (1999). Design of a permanent magnet synchronous motor. Electric Machines & Power Systems, 27(7), 771–779. https://doi.org/10.1080/073135699269000

Akar, M., & Temiz, I. (2007). Motion controller design for the speed control of DC servo motor. International Journal of Applied Mathematics and Informatics, 4(1), 131–137. http://www.wseas.us/journals/ami/ami-19.pdf

Zhang, Y., Yang, Z., Yu, M., Lu, K., Ye, Y., & Liu, X. (2011). Analysis and design of double-sided air core linear servo motor with trapezoidal permanent magnets. IEEE Transactions on Magnetics, 47(10), 3236–3239. https://doi.org/10.1109/TMAG.2011.2156398

Hanselman, D.C. (2003). Brushless Permanent Magnet Motor Design. The Writers’ Collective.

Chenwei, Y., Fei, D., Yi, A., & Fengqing, Z. (2021). Design and analysis of permanent magnet synchronous servo motor with low rotational inertia and high torque density. Journal of Physics: Conference Series, 1965(1), 012010. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1965/1/012010

Deeb, R., Janda, M., & Makki, Z. (2012). Comparison of 2D and 3D FEM analysis of the magnetic field in a PM servo motor. Electrical Engineering, 72, 297–309. https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-2e33696a-32cc-4941-8c0a-4369c102e081/c/deeb_ramia_comparison_72_2012.pdf

Pliugin, V., Petrenko, O., Grinina, V., Grinin, O., & Yehorov, A. (2017). Imitation model of a high-speed induction motor with frequency control. Electrical Engineering & Electromechanics, (6), 14–20. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.6.02

Gope, D., & Goel, S.K. (2021). Design optimization of permanent magnet synchronous motor using Taguchi method and experimental validation. International Journal of Emerging Electric Power Systems, 22(1), 9–20. https://doi.org/10.1515/ijeeps-2020-0169

Luu, P.T., Lee, J.Y., Lee, J.H., & Woo, B.C. (2019). Design and analysis of a permanent magnet synchronous motor considering axial asymmetric position of rotor to stator. Energies, 12(24), 4816. https://doi.org/10.3390/en12244816

Ding, W.T., An, L.X., Wang, C.M., Huang, Y.P., Long, T., & Jiang, M.L. (2015). Multidisciplinary integrated simulation and design optimization framework for electromechanical servo system. Applied Mechanics and Materials, 704, 263–269. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.704.263

Lu, H., & Guru, A.K. (2013). Modeling conducted emissions in servo drives. In 2013 IEEE 8th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA) (pp. 999–1004). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICIEA.2013.6566513

Lei, H., Chen, Y., Chen, D., Li, Z., & Zhu, H. (2021). Design and analysis of permanent magnet AC servo motor based on ANSYS. Journal of Physics: Conference Series, 1754(1), 012151. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1754/1/012151

Krishnan, R. (1987). Selection criteria for servo motor drives. IEEE Transactions on Industry Applications, IA-23(2), 270–275. https://doi.org/10.1109/TIA.1987.4504902

Qiu, H., Zhang, Y., Yang, C., & Yi, R. (2020). Analysis of permanent magnet servo motor performance with different semi-ferromagnetic sleeve materials. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, 45(1), 11–21. https://doi.org/10.1139/tcsme-2019-0201

Shavkun, V. (2020). Methodology for the assessment of the operation reliability of pulling electric machines of city electric transport. Lighting Engineering & Power Engineering, 58(2), 58–64. https://doi.org/10.33042/2079-424X-2020-2-58-13-19 (in Ukrainian)

Pliuhin, V., Korobka, V., Karyuk, A., Pan, M., & Sukhonos, M. (2019). Using Azure Machine Learning Studio with Python scripts for induction motors optimization web-deploy project. In 2019 IEEE International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T) (pp. 631–634). IEEE. https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.9061447

Pliuhin, V., Sukhonos, M., & Bileckiy, I. (2020). Object oriented mathematical modeling of electrical machines. In 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS) (pp. 267–272). IEEE. https://doi.org/10.1109/IEPS51250.2020.9263158

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-30

Як цитувати

Плюгін, В., Аксьонов, О., Цегельник, Є., Планковський, С., Комбаров, В., & Піддубна, Л. (2021). Проектування та моделювання сервоприводного двигуна за допомогою використання ANSYS Electromagnetics. Світлотехніка, 60(3), 112–123. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2021.60.3.04

Номер

Том 60 № 3 (2021): Світлотехніка та електроенергетика

Розділ

Статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Світлотехніка та Електроенергетика

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

   Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).