Оптимизация формы полюсных наконечников явнополюсной синхронной машины

В статье предложен подход для определения оптимальной формы полюсных наконечников явнополюсной синхронной машины с электромагнитным возбуждением, при использовании которых можно обеспечить синусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. Для анализа магнитной цепи электрической машины рассматривается цепь прямоугольной формы, которая с использованием метода конформных отображений преобразуется в сектор магнитной цепи машины на пару полюсов. В качестве примера выполнена оптимизация полюсных наконечников четырехполюсной электрической машины. В пакете программ FEMM рассчитано магнитное поле такой электрической машины, а также выполнен анализ кривой распределения нормальной составляющей магнитной индукции в воздушном зазоре.

1. Fan X., Youbin Z., Lin R. [et al.]. Study on Transient Reactive Power Characteristics of New-Generation Large Synchronous Condenser. 2018 China International Conference on Electricity Distribution (CICED). 2018. P. 1851–1855. DOI: 10.1109/CICED.2018.8592282.

2. Pyrhonen J., Jokinen T., Hrabovcova V. Design of rotating electrical machines. Wiltshire: Wiley and Sons, 2008. 531 p. ISBN 978-0-470-69516-6.

3. Misir O., Dobbert F., Ponick B. Analytical method for the air gap permeance calculation of salient pole synchronous machines. Elektrotechnik und Informationstechnik. 2016. Vol. 133. P. 103–111. DOI: 10.1007/s00502-016-0395-9.

4. Jansen K., Kern A., Mülder C., Hameyer K. Study of magnetic force excitations in salient pole synchronous generators considering geometrical modifications by conformal mapping. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2022. Vol. 69 (2). P. 139–147. DOI: 10.3233/JAE-210183.

5. Finite element method magnetics. URL: http://www.femm.info/ (accessed: 15.10.2025).

6. Майоров Ю. А. Синтез и применение конформных отображений для расчета электромагнитных полей: дис. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1999. 140 с.

7. Афанасьев А. А., Ахметзянов Д. И. Аналитический расчет магнитного поля магнитоэлектрического двигателя на основе конформных и зеркальных отображений // Электричество. 2016. № 4. С. 41–48. EDN: WALPRT.

8. Шевченко А. Ф., Шевченко Л. Г. Использование метода конформных преобразований для расчета магнитного поля в воздушном зазоре синхронного двигателя с модулированным магнитным потоком // Электричество. 2018. № 11. С. 38–44. DOI: 10.24160/0013-5380-2018-11-38-44. EDN: YMHWFV.

9. Аполлонский С. М. Моделирование и расчет электромагнитных полей в технических устройствах. Методы математической физики и их использование при моделировании электромагнитных полей: моногр. В 2 т. Москва: Русайнс, 2017. Т. 1. 342 с. ISBN 978-5-4365-1985-2.

10. Москалев Ю. В. Расчет магнитного поля синхронной машины с использованием метода конформных отображений // Сборник статей LXX Междунар. науч.-практ. конф. Москва: Научно-издательский центр «Актуальность.РФ», 2025. С. 83–87. ISBN 978-5-6054336-9-9. EDN: YQFPHA.

11. Аполлонский С. М., Горский А. Н. Расчеты электромагнитных полей: моногр. Москва: Маршрут, 2006. 992 с. ISBN 5-89035-379-9.

12. Arora R. Optimization. Algorithms and Applications. NewYork: CRC Press, 2015. 454 p. ISBN: 978-1-4987-2115-8.

13. Nocedal J., Wright S. Numerical Optimization. 2nd ed. New York: Springer, 2006. 664 p. ISBN: 978-0387-30303-1.

14. Rao S. Engineering Optimization: theory and practice. 5th ed. New York: Wiley, 2020. 812 p. ISBN: 978-1-119-45479-3.