izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-9-53-58izmertech-2039Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSОпределение составляющих потерь в стали магнитопроводов электрических машинDetermination of components of losses in the steel of the magnetic circuit of electric machineshttps://orcid.org/0000-0001-5280-6792ПлотниковС. М.PlotnikovS. M.

Сергей Михайлович Плотников

Красноярск

Sergey M. Plotnikov

Krasnoyarsk

smplotnikov@rambler.ruИксильН.IksilN.

Николя Иксиль

Булонь-Бийанкур

Nicolas Iksil

Boulogne-Billancourt

prima@gmx.deСибирский государственный университет науки и технологий им. М. Ф. Решетнёва; Красноярский институт железнодорожного транспортаРоссияReshetnev Siberian State University of Science and Technology; Krasnoyarsk Institute of Railway TransportRussian FederationКомпания General ElectricФранцияGeneral ElectricFrance202317102023095358Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2039

Рассмотрено разделение полных потерь в электротехнической стали магнитопроводов электрических машин на три составляющие: гистерезисную, вихретоковую классическую и вихретоковую аномальную. Решение этой технической проблемы позволит эффективно проектировать и конструировать электрические машины с магнитопроводами, имеющими низкие магнитные потери. Данное разделение связано с трудоёмкими измерениями на специальном оборудовании и выполняется с большими погрешностями. Предложены два метода определения потерь в стали, основанные на известных зависимостях указанных составляющих потерь от частоты перемагничивания и температуры – соответственно методы трёх частот и трёх температур. В этих методах составляющие определяют по результатам трёх опытов холостого хода при трёх частотах или трёх температурах сердечников электрических машин. С использованием результатов измерений активных мощностей, затраченных на нагрев сердечника, рассчитаны мощности гистерезисных, вихретоковых классических и аномальных потерь. Результаты экспериментов, проведённых методами трёх частот и трёх температур, хорошо согласуются друг с другом, что подтверждает адекватность методов и возможность их применения на практике. Проанализированы достоинства и трудности реализации каждого метода. Методы можно применять для эффективной минимизации потерь в стали электрических машин.

The division of total losses in electrical steel of the magnetic circuit of electric machines into three components is considered: hysteresis, classical eddy current and anomalous eddy current. The solution to this technical problem will make it possible to effectively design and construct electrical machines with magnetic cores having low magnetic losses. At present, such a separation of losses is associated with time-consuming measurements on special equipment and is performed with large errors. Each of these components depends differently on the magnetization frequency and temperature, and these dependences are known. Based on this, the paper proposes two methods for determining losses in steel – the method of three frequencies and the method of three temperatures. In order to fi nd three unknown quantities, three no-load experiments are proposed, carried out at three frequencies or at three temperatures of electric machine cores. Using the results of measurements of active powers spent on core heating, expressions of hysteresis, eddy-current classic and eddy-current anomalous losses are obtained. The results of the experiments carried out by the method of three frequencies and the method of three temperatures agree well with each other, which confi rms the adequacy of the methods and the possibility of their application in practice. The article analyzes the advantages and diffi culties of implementing each method. The methods can be applied to effectively minimize losses in the steel of electrical machines.

магнитопроводгистерезисные потеривихретоковые потерианомальные потериопыт холостого ходаметод трёх частотметод трёх температурmagnet wirehysteresis losseseddy current lossesanomalous lossesno-load experimentthree-frequency methodthree-temperature methodReferencesBertotti G. IEEE Transactions on Magnetics, 1988, vol. 24, no. 1, pp. 621–630. https://doi.org/10.1109/20.43994Bertotti G. IEEE Transactions on Magnetics, 1988, vol. 24, no. 1, pp. 621–630. https://doi.org/10.1109/20.43994Плотников С. М. Методика определения оптим альной толщины листов магнитопроводов электрических машин ваттметровым методом // Метрология. 2021. № 3. С. 35–47. https://doi.org/10.32446/0132-4713.2021-3-35-47Plotnikov S. M. Measurement Techniques, 2021, vol. 64, no. 9, pp. 751–755. https://doi.org/10.1007/s11018-022-01999-5Плотников С. М., Колмаков О. В. Минимизация потерь в магнитопроводе за счет оптимальной толщины пластин // JARiTS. 2020. № 19. С. 39–42. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2020-19-39-42Plotnikov S. M., Kolmakov V. O. JARiTS, 2020, no. 19, pp. 39–42. (In Russ.) https://doi.org/10.26160/2474-5901-2020-19-39-42Hajipour E., Vakilian M., Ghafouri M. International Transaction of Electrical and Computer Engineers System, 2014, vol. 2, no. 1, pp. 34–38. https://doi.org/10.12691/iteces-2-1-6Hajipour E., Vakilian M., Ghafouri M. International Transaction of Electrical and Computer Engineers System, 2014, vol. 2, no. 1, pp. 34–38. https://doi.org/10.12691/iteces-2-1-6Плотников С. М. Анализ методов определения потерь в магнитопроводе трансформатора // Измерительная техника. 2022. № 1. С. 52–57. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-1-52-57Plotnikov S. M., Measurement Techniques, 2022, vol. 65, no. 1, pp. 59–64. h ttps://doi.org/10.1007/s11018-022-02048-xDe Campos M. F. et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 301, pp. 94–99. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.06.014De Campos M. F. et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 301, pp. 94–99. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.06.014Chen Y., Pillay P. Conference Record of the 2002 IEEE Industry Applications Conference. 37th IAS Annual Meeting, 2002, vol. 2, pp. 759–766. https://doi.org/10.1109/IAS.2002.1042645Chen Y., Pillay P. Conference Record of the 2002 IEEE Industry Applications Conference. 37th IAS Annual Meeting, 2002, vol. 2, pp. 759–766. https://doi.org/10.1109/IAS.2002.1042645Li H., Wang L., Li J., Zhang J. IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 204847–204854. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3037112Li H., Wang L., Li J., Zhang J. IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 204847–204854. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3037112Лобанов М. Л., Редикульцев А. А., Зорина М. А. Металлофизика материалов для машиностроения. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та. 2019. 144 с.Lobanov M. L., Redikultsev A. A., Zorina M. A. Metallofi zika materialov dlya mashinostroyeniya [Metallophysics of materials for mechanical engineering], Yekaterinburg, Urals University Press, 2019, 144 p. (In Russ.)Плотников С. М., Щеголева Т. В. Уточнение коэффициента Штейнмеца для стали сердечника трансформатора // Электричество. 2023. № 4. С. 73–78. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-4-73-78Plotnikov S. M., Shchegoleva T. V. Elektrichestvo, 2023, no. 4, pp. 73–78. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-4-73-78Плотников С. М. Определение магнитных потерь в трансформаторе ваттметрическим методом // Известия вузов. Электромеханика. 2020. Т. 63. № 5. С. 27–31. https://doi.org/10.17213/0136-3360-2020-5-27-31Plotnikov S. M. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Elektromekhanika [Russian Electromechanics], 2020, vol. 63, no. 5, pp. 27–31. (In Russ.) https://doi.org/10.17213/0136-3360-2020-5-27-31Xue S. et al. IEEE Transactions on Magnetics, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 1–10. https://doi.org/10.1109/TMAG.2017.2755593Xue S. et al. IEEE Transactions on Magnetics, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 1–10. https://doi.org/10.1109/TMAG.2017.2755593Chen J. et al. IEEE Transactions on Magnetics, 2015, vol. 51, no. 11, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2432081Chen J. et al. IEEE Transactions on Magnetics, 2015, vol. 51, no. 11, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2432081Takahashi N., Morishita M., Miyagi D. IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 548–551. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2033122Takahashi N., Morishita M., Miyagi D. IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 548–551. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2033122Yan Zhou, Ai-ming Sun, IET Power Electronics, 2016, vol. 9, iss. 3, pp. 529–535. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2015.0146Yan Zhou, Ai-ming Sun, IET Power Electronics, 2016, vol. 9, iss. 3, pp. 529–535. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2015.0146Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 304 с.Bogoroditsky N. P., Pasynkov V. V., Tareev B. M. Elektrotekhnicheskiye materialy [Electrical materials], Leningrad, Energoatomizdat, 1985, 304 p. (In Russ.)Способ определения магнитных потерь в стали магнитопровода: пат. RU 2750134 C1 / Плотников С. М. // Изобретения. Полезные модели. 2021. № 18.Plotnikov S. M. Patent RU 2750134 C1, Inventions. Utility models, no. 18 (2021).Kim Y.-T. et al. Journal of Electrical Engineering and Technology, 2013, vol. 8, iss. 6, pp. 1409–1414. https://doi.org/10.5370/JEET.2013.8.6.1409Kim Y.-T. et al., Journal of Electrical Engineering and Technology, 2013, vol. 8, iss. 6, pp. 1409–1414. https://doi.org/10.5370/JEET.2013.8.6.1409Плотников С. М. Оценка погрешностей ваттметрового метода определения магнитных потерь в трансформаторах // Измерительная техника. 2021. № 3. С. 40–44. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-3-40-44Plotnikov S. M., Measurement Techniques, 2021, vol. 64, pp. 217–222. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01921-5

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