energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2021-64-2-130-142energy-2056Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGМоделирование электромагнитного поля мощной электрической машиныSimulation of Electromagnetic Field of a Powerful Electrical MachineХвалинД. И.HvalinD. I.

Киев

Kyiv

КенсицкийО. Г.KensytskyiO. H.

Адрес для переписки: Кенсицкий Олег Георгиевич – Институт электродинамики Национальной академии наук Украины, просп. Победы, 56, 03057, г. Киев, Украина. Тел.: +38 044 366-26-25 ied1@ied.org.ua

Address for correspondence: Kensytskyi Oleh H. – Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 56, Peremogy Ave., 03057, Kyiv, Ukraine. Теl.: +38 044 366-26-25 ied1@ied.org.ua

ied1@ied.org.uaКобзарьК. А.KobzarK. O.

Харьков

Kharkov

Институт проблем безопасности атомных электростанций Национальной академии наук УкраиныУкраинаInstitute for Safety of Problems of Nuclear Power Plants of the National Academy of Sciences of UkraineUkraineИнститут электродинамики Национальной академии наук УкраиныУкраинаInstitute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of UkraineUkraineЭлектротяжмашУкраинаElectrotyazhmashUkraine202109042021642130142Copyright © Хвалин Д.И., Кенсицкий О.Г., Кобзарь К.А., 20212021Хвалин Д.И., Кенсицкий О.Г., Кобзарь К.А.Hvalin D.I., Kensytskyi O.H., Kobzar K.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2056

С помощью математического и физического моделирования получены сведения о распределении электромагнитного поля в торцевой зоне мощного турбогенератора. На основе сравнения осевой составляющей магнитной индукции на поверхности крайнего пакета сердечника статора масштабной физической и математической моделей с данными натурного эксперимента сделаны выводы о достоверности полученных результатов. Данные моделирования и натурного эксперимента соответствуют одному и тому же турбогенератору, что позволяет оценивать корректность построения математической модели. Показано, что физическое моделирование дает возможность оценить закономерности распределения электромагнитного поля (без получения точных количественных показателей) и может использоваться для качественного сравнения эффективности различных конструктивных решений торцевой зоны статора. Однако такие модели не нашли широкого применения, поскольку для формирования содержательных и достаточно подробных выводов относительно параметров и характеристик объекта требуется проведение многочисленных исследований, конструкции торцевой зоны мощных генераторов сложны, а вычисление трехмерных моделей является трудоемким и даже при современной компьютерной технике связано с рядом упрощающих факторов. При математическом моделировании применен последовательный логический переход от простой модели центральной части машины к более сложной модели торцевой зоны с использованием предварительных результатов, что позволяет получить данные о распределении электромагнитного поля в сложных областях. С помощью специализированного программного обеспечения создана достаточно гибкая в плане модификации отдельных составляющих модель, характеризующаяся доступностью, наглядностью и неограниченными возможностями для экспериментирования, в том числе прогнозирования ситуаций, которые ранее не встречались или могут дать непредсказуемый результат.

 

With the aid of mathematical and physical simulation the electromagnetic field distributions in the end zone of a powerful turbogenerator has been obtained. On the basis of the comparison of the axial component of the magnetic induction on the surface of the extreme package of the stator core of the large-scale physical and mathematical models with the data of the field experiment, conclusions are drawn about the reliability of the results obtained. The data of the simulation and the field experiment correspond to the same turbogenerator, which makes it possible to evaluate the correctness of the construction of the mathematical model. It is shown that physical modeling makes it possible to evaluate the regularities of the distribution of the electromagnetic field (without obtaining accurate quantitative indicators) and can be used for qualitative comparison of the effectiveness of various design solutions of the end zone of the stator. However, such models have not become widely used, since numerous studies are required to form meaningful and sufficiently detailed conclusions about the parameters and characteristics of the object, the design of the end zone of high-power generators is complex, and the calculation of three-dimensional models is time-consuming and even with modern computer technology is associated with a number of simplifying factors. In mathematical modeling, a sequential logical transition is applied from a simple model of the central part of the machine to a more complex model of the end zone using preliminary results, which makes it possible to obtain data on the distribution of the electromagnetic field in complex areas. With the help of specialized software, a model has been created that is quite flexible in terms of modifying individual components, characterized by accessibility, visibility and unlimited possibilities for experimentation, including predicting situations that have not previously occurred or can give unpredictable results. 

турбогенераторматематическая модельмасштабная физическая модельторцевая зонакрайний пакет сердечника статоралобовая часть обмоткипоток рассеянияэлектромагнитное полеturbogeneratormathematical modelscale physical modelend zonestator core end packetwindings frontal partleakage fluxelectromagnetic fieldReferencesВознесенский, А. С. Компьютерные методы в научных исследованиях. Ч. 2: Компьютерное моделирование физических объектов и процессов горного производства / А. С. Вознесенский. М.: МГГУ, 2011. 107 с.Voznesenskii A. S. (2011) Computer Methods in Scientific Research. Part 2. Computer Simulation of Physical Objects and Processes of Mining Production. Moscow, Moscow State Institute of Mines. 107 (in Russian).Менжинский, А. Б. Разработка и анализ математических моделей генераторов линейного и возвратно-поступательного типов с электромагнитным возбуждением / А. Б. Менжинский, А. Н. Малашин, Ю. В. Суходолов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 2. С. 118–128. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-2-118-128.Menzhinski A. B., Malashin A. N., Suhodolov Yu. V. (2018) Developing and the Analysis of Mathematical Models of Generators of Linear and Reciprocating Types with Electromagnetic Excitation. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Enеrgеtika. Proсeedings of СIS Higher Education Institution аnd Power Engineering Associations, 61 (2), 118–128. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-2118-128 (in Russian).Постников, И. М. Электромагнитные и тепловые процессы в концевых частях мощных турбогенераторов / И. М. Постников, Л. Я. Станиславский, Г. Г. Счастливый. Киев: Наук. думка, 1971. 360 с.Postnikov I. M., Stanislavskii L. Ya., Schastlivyi G. G. (1971) Electromagnetic and Thermal Processes in the End Parts of Powerful Turbogenerators. Kiev, Naukova Dumka Publ. 360 (in Russian).Кенсицький, О. Г. Електромагнітне поле у торцевій зоні турбогенератора при зміні реактивного навантаження / О. Г. Кенсицький, Д. І. Хвалін // Технічна електродинаміка. 2018. № 1. С. 62–68.Kensits'kii O. H., Hvalіn D. I. (2018) The Turbogenerator End Zone Electromagnetic Field under Alteration of the Reactive Load. Tekhnichna Elektrodynamika = Technical Electrodynamics, (1), 62–68 (in Ukrainian).Турбогенераторы. Расчет и конструкция / В. В. Титов [и др.]. Л.: Энергия, 1967. 896 с.Titov V. V., Hutoreckii G. M., Zagorodnaya G. A., Varatian G. P. et al. (1967) Turbogenerators. Calculation and Construction. Leningrad, Energia Publ. 896 (in Russian).COMSOL Multiphysics Modeling and Simulation Software [Electronic resource]. Mode of access: http://www.comsol.com/.COMSOL Multiphysics Modeling and Simulation Software. Available at: http://www.comsol.com/.Eddy Current Analysis in the Stator End Structures of Large Capacity Turbine Generators / M. Fujita [et al.] // International Conference on Electrical Machines and Systems, Nov., 2009. Tokyo, 2009. P. 1−6. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2009.5382938.Fujita M., Ueda T., Tokumasu T., Nagakura K., Kakiuchi M., Otaka T. (2009) Eddy Current Analysis in the Stator End Structures of Large Capacity Turbine Generators. 2009 International Conference on Electrical Machines and Systems, Nov., 2009. Tokyo. 1−6. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2009.5382938.Кенсицкий, О. Г. Математическая модель совместного расчета электромагнитного поля и нагревов торцевой зоны мощного турбогенератора / О. Г. Кенсицкий, Д. И. Хвалин, К. А. Кобзарь // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 1. С. 37–46. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-37-46.Kensytskii O. H., Hvalin D. I., Kobzar K. O. (2019) The Mathematical Model of Coupling Calculation the Electromagnetic Field and Heats of End Zone Powerful Turbogenerator. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Enеrgеtika. Proсeedings of СIS Higher Education Institution аnd Power Engineering Associations, 62 (1), 37–46. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-37-46 (in Russian).Веников, В. А. Физическое моделирование электрических систем / В. А. Веников, А. В. Иванов-Смоленский. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. 359 с.Venikov V. A., Ivanov-Smolenskii A. V. (1956) Physical Simulation of Electrical Systems. Moscow – Leningrad, Gosenergoizdat Publ. 359 (in Russian).Експериментальні дослідження ефективності екранів зубцево-пазової конструкції статорів турбогенераторів / О. І. Титко [та ін.] // Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2017. Вип. 46. С. 34–42.Titko O. I., Myshasty N. D., Voronin A. I., Hvalin D. I. (2017) Experimental Studies of Effectiveness of Tooth-Slot Design Screens of Turbogenerator Stators. Pratsi Instytutu Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy = Proceedings of Institute of Electrodynamics of the National Academy of Science of Ukraine, (46), 34–42 (in Ukrainian).Дослідження розподілу електромагнітного поля та температури в торцевій зоні осердя статора турбогенератора / О. Г. Кенсицький [та ін.] // Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2018. Вип 51. С. 47–53.Kensytskii O. H., Kramarskii V. A., Kobzar K. O., Hvalin D. I. (2018) Study of Distribution the Electromagnetic Field and Temperature in Stator Core End Zone of a Turbogenerator. Pratsi Instytutu Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy = Proceedings of Institute of Electrodynamics of the National Academy of Science of Ukraine, (51), 47–53 (in Ukrainian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.