Investigation of an unconventional exciter of a toothed stator using software by the finite element method

Abstract

In this article we investigate an unconventional design of an exciter having a toothed stator. The main purpose is to check whether the proposed machine can meet the operating parameters specified in the specification. This chapter begins with a description of a current exciter with protruding poles and a description of a design with teeth. The toothed stator is also distinguished by being made of an inexpensive ferromagnetic material such as cast iron. When choosing cast iron, they are guided by the fact that it is already used in industry in other components of alternators, such as bearings and some connecting bushings. The use of cast iron also reduces eddy current losses compared to solid steel parts. Since the path of the magnetic flux in the stator is three-dimensional, the study is carried out using software for 3D finite element calculation. The model of the machine is compared with the experimental results obtained on the layout. Then we make changes to the geometry of the machine to improve its characteristics. In conclusion, we present the balance of active substances of the gear structure and the balance. The obtained results allow us to establish a good consistency of the finished element model with the test results.

Keywords: unconventional exciter design, gear stator, experimental results, 3D finite element calculation, load test with a diode bridge

References

Ю. Ван И З. Дэн, "Гибридные топологии возбуждения и стратегии управления статорными машинами с постоянными магнитами для систем питания постоянного тока". Труды IEEE по промышленной электронике том 59, № 12, стр. 4601-4616, декабрь 2012.

А. Тессароло, "Моделирование и анализ синхронных реактивных машин с круговыми барьерами потока посредством конформного отображения". IEEE Transactions on Magnetics, том 51, № 4, стр. 1-11, апрель 2015.

Г. Нейдхофер, "Эволюция синхронной машины". Журнал инженерных наук и образования, том 1, № 5, стр. 239-248, октябрь 1992.

О. Малоберти и др.., "3-D–2-D динамическое магнитное моделирование двигателя с постоянным магнитом с осевым потоком с мягкими магнитными композитами для гибридных электромобилей". IEEE Transactions on Magnetics, том 50, № 6, стр. 1-11, июнь 2014.

Сахаров В.В., Чертков А.А., Сабуров С.В. Предиктивное апериодическое управление динамическими объектами на водном транспорте с использованием математического программирования. // Вестник государственного университета морского и речного флота им. Адмирала С.О. Макарова. 2016.№ 5 (39). С. 206-214.

Д. К. Людуа, Дж. К. Рид и К. Хансон, "Емкостная передача мощности для тока возбуждения ротора в синхронных машинах". IEEE Transactions on Power Electronics, том 27, № 11, стр. 4638-4645, ноябрь 2012.

Й. Колемайнен, "Синхронный реактивный двигатель с ротором, заблокированным формой". IEEE Transactions on Energy Conversion, том 25, № 2, стр. 450-456, июнь 2010.

8. А. М. Найт, Р. Э. Бетц и Д. Г. Доррелл, "Проектирование и анализ бесщеточных реактивных машин с двойным питанием". IEEE Transactions on Industry Applications, том 49, № 1, стр. 50-58, январь- февраль 2013.

А. Г. Джек и др.., "Машины с постоянными магнитами с сердечниками из порошкового железа и предварительно спрессованными обмотками". IEEE Transactions on Industry Applications, том 36, № 4, стр. 1077-1084, июль/август 2000.

П. Чжан, Г. Ю. Сизов, Д. М. Ионель и Н. А. О. Демердаш, "Установление относительных достоинств машин с постоянными магнитами внутреннего и спицевого типа с ферритом или NdFeB путем систематической оптимизации конструкции". IEEE Transactions on Industry Applications, том 51, № 4, стр. 2940-2948, июль-август 2015.

Author Biography

Ivan L. Titov , Kerch State Maritime Technological University, Kerch, Russia

Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor, associate dean for organizational and educational work,  Kerch State Maritime Technological University 298309, Kerch, Ordzhonikidze str., 82, e-mail: vanya-titov-1993@mail.ru

Published
19-06-2023
How to Cite
Titov, I. L. (2023). Investigation of an unconventional exciter of a toothed stator using software by the finite element method. Russian Journal of Water Transport, (75), 136-144. https://doi.org/10.37890/jwt.vi75.374
Section
Ship power equipment