Mathematical modeling and software optimization of electric machines of industrial complexes
Authors: Агапов А.А. , Крылов Ю.М. , Бурковский В.Л. 
Published: July 2024

Исследование новых типов электрических машин с улучшенными электромеханическими характеристиками требует проведения огромного количества вычислений, при этом анализ оптимального соотношения тех или иных параметров является многокритериальной задачей, не всегда имеющей единственно верное решение, удовлетворяющее всем поставленным задачам. Сравнительно недавнее появление и применение в исполнительных механизмах новых типов электрических машин малых габаритов на основе обмоток со сложной геометрией активной части исключает возможность классического плоскостного моделирования, однако трехмерное моделирование требует значительных вычислительных и временных ресурсов. В связи с этим данное исследование посвящено анализу возможности применения дискретного моделирования сложных объектов с возможностью оптимизации свойств исследуемого объекта. В ходе исследования был проведен анализ конструктивного исполнения объекта моделирования с последующим формированием массива дискретных моделей. Формирование подобного типа моделирования было обосновано, исходя из условия отсутствия резких структурных и конструктивных изменений исследуемого объекта. Моделирование проводилось в среде ANSYS путем формирования скрипт-файла на языке APDL. Результаты исследования демонстрируют возможность проведения такого рода моделирования применительно к бесконтактным двигателям постоянного тока с ромбовидной обмоткой с возможностью оптимизации по определенному критерию. Хотя представленная модель имеет ряд допущений и пока полностью не способна заменить трехмерное моделирование, материалы статьи представляют практическую ценность для разработчиков программного обеспечения, направленного на анализ физического состояния электрических машин.

The study of new types of electric machines with improved electromechanical characteristics requires an enormous amount of calculations. By contrast, the analysis of the optimal ratio of selected parameters is a multi-criteria task, which does not always have the only correct solution that satisfies all the tasks set. The relatively recent appearance and application in actuators of new types of small-sized electric machines based on windings with the complex geometry of the active part exclude the possibility of classical planar modeling. Alongside, three-dimensional modeling requires significant computational and time resources. In this regard, this study is devoted to the analysis of the possibility of using discrete modeling of complex objects with the possibility of optimizing the properties of the object under study. During the study, an analysis of the structural design of the modeling object was carried out, followed by the formation of an array of discrete models. The formation of this type of modeling was justified based on the condition of the absence of sharp structural and structural changes in the object under study. The simulation was performed in the ANSYS environment by generating a script file in the APDL language. Study results demonstrate the possibility of carrying out this kind of modeling relating to the rhomboid brushless direct current motor with the possibility of optimization according to a certain criterion. Although the presented model has several assumptions and is not yet fully capable of replacing three-dimensional modeling, the article materials are of practical value for software developers aimed at analyzing the physical state of electrical machines.