mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2023-21-6-7mirtr-2614Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGИсследование асинхронного тягового электродвигателя с наклонными пазами ротораStudy of an Asynchronous Traction Motor with Inclined Slot Rotorhttps://orcid.org/0000-0001-8873-9800ЗуевА. С.ZuevA. S.

Зуев Александр Сергеевич – аспирант кафедры электропоездов и локомотивов 

РИНЦ Author ID: 836869.

Москва

Zuev, Alexander S., Ph.D. student at the Department of Electric Trains and Locomotives 

Russian Science Citation Index Author ID: 836869. 

Moscow

aleksandr-zuev-1987@mail.ruГлущенкоМ. Д.GlushchenkoM. D.

Глущенко Михаил Дмитриевич – доктор технических наук, профессор кафедры электропоездов и локомотивов 

Москва

Glushchenko, Mikhail D., D.Sc. (Eng), Professor at the Department of Electric Trains and Locomotives 

Moscow

mr.gluschenko@mail.ruРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian Federation2023160820242166064Copyright © Зуев А.С., Глущенко М.Д., 20242024Зуев А.С., Глущенко М.Д.Zuev A.S., Glushchenko M.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2614

Модернизация подвижного состава железных дорог, являющаяся актуальной в целях повышения эффективности железнодорожного транспорта, может проводиться в том числе путём улучшения характеристик тягового привода, а именно конструкции тяговых электродвигателей, что и явилось целью настоящей работы. Предложена конструкция и представлены результаты исследования характеристик асинхронного тягового электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора для пассажирского электровоза, принципиальной особенностью которого является наклонная форма пазов ротора. Результаты экспериментального и компьютерного моделирования подтвердили положительный эффект применения в конструкции асинхронного тягового двигателя ротора с наклонными пазами, заключающийся в уменьшении тока в обмотках и снижении потерь двигателя. Полученные результаты повышения технических характеристик асинхронного тягового двигателя за счет применения в его конструкции ротора с наклонными пазами позволяют рекомендовать такие двигатели для использования на локомотивах.

Modernisation of railway rolling stock which is quite relevant from the perspective of growing performance of railways can be achieved among other ways through improvement of features of traction drive, namely of traction electric motors, that defined the objective of the study. The inclined shape of the rotor slots is characteristic of a proposed design of asynchronous traction electric motor with a squirrel-cage rotor winding for a passenger electric locomotive which features are subject to the analysis. The results of experimental and computer modelling confirmed the positive effect of using a rotor with inclined slots in the design of an asynchronous traction motor, which consists in reducing the current in the windings and reducing motor power losses. The obtained results of improving the technical features of an asynchronous traction motor due to the use of a rotor with inclined slots in its design allow expand recommendation for its use on locomotives.

железнодорожный транспортасинхронный электродвигательтяговый электродвигательэкспериментфизическое моделированиеэнергосбережениепотери электроэнергиипотери мощностиоптимизацияrailwaysasynchronous electric motortraction electric motorexperimentphysical modellingenergy savingelectricity lossespower lossesoptimisationReferencesYang, Yu. Synchronous Machine for Unidirectional Application. Master thesis. Stockholm: Royal Institute of Technology, 2012. [Электронный ресурс]: https://studylib.net/doc/18711791/synchronous-machine-for-unidirectionalapplication?ysclid=ls4osyiv8h214895671. Доступ 26.07.2023.Yang, Yu. Synchronous Machine for Unidirectional Application. Master thesis. Stockholm: Royal Institute of Technology, 2012. [Electronic resource]: https://studylib.net/doc/18711791/synchronous-machine-for-unidirectional-application?ysclid=ls4osyiv8h214895671. Last accessed 26.07.2023.Petrov, I., Ponomarev, P., Pyrhönen, J. Asymmetrical Geometries in Electrical Machines. International Review of Electrical Engineering, 2016, February, Vol. 11, Iss. 1. DOI: 10.15866/iree.v11i1.7739.Petrov, I., Ponomarev, P., Pyrhönen, J.Asymmetrical Geometries in Electrical Machines. International Review of Electrical Engineering, 2016, February, Vol. 11, Iss. 1. DOI: 10.15866/iree.v11i1.7739.Zahangir, T. Analysis of asymmetrical features of an electric machine. Master of Science Thesis – Göteborg, Chalmers University of Technology, 2018. [Электронный ресурс]: https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/256298/256298.pdf. Доступ 26.07.2023.Zahangir, T.Analysis of asymmetrical features of an electric machine. Master of Scinece Thesis. Gothenburg, Chalmers University of Technology, 2018. [Electronic resource]: https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/256298/256298.pdf. Last accessed 26.07.2023.Виноградов А. А., Шишов А. В., Седов М. К., Каиров А. А., Сидоров А. О. Патентообладатель Шишов А. В. Патент RU180432U1 Российская Федерация, МПК Н02К 99/00. Электродвигатель с косыми магнитными полями / № 2017120558; заявл. 14.06.17; опубл. 14.06.18, Бюл. № 17. [Электронный ресурс]: https://patents.google.com/patent/RU180432U1/ru. Доступ 26.07.2023.Vinogradov, A. A., Shishov, A. V., Sedov, M. K., Kairov, A. A., Sidorov, A. O. Patent holder Shishov, A. V. Patent RU180432U1 Russian Federation, IPC N02K 99/00. Electric motor with oblique magnetic fields / No. 2017120558; application 14.06.17; publ. 14.06.18, Bulletin No. 17. [Electronic resource]: https://patents.google.com/patent/RU180432U1/ru. Last accessed 26.07.2023.Жерве Г. К. Обмотки электрических машин. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 400 с. ISBN 5-283-04458-0.Gervais, G. K. Windings of electrical machines [Obmotki elektricheskikh mashin]. Leningrad, Energoatomizdat publ., 1989, 400 p. ISBN: 5–283–04458–0.Иванов-Смоленский А. В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. – М.: Энергия, 1969. – 304 с.Ivanov-Smolensky, A. V. Electromagnetic fields and processes in electrical machines and their physical modelling [Elektromagnitnie polya i protsessy v elektricheskikh mashinakh i ikh fizicheskoe modelirovanie]. Moscow, Energia publ., 1969, 304 p.Находкин М. Д., Василенко Г. В., Бочаров В. И., Козорезов М. А. Проектирование тяговых электрических машин. – М.: Транспорт, 1976. – 624 с.Nakhodkin, M. D., Vasilenko, G. V., Bocharov, V. I., Kozorezov, M. A. Design of traction electric machines [Proektirovanie tyagovykh elektricheskikh mashin]. Moscow, Transport publ., 1976, 624 p.Зарифьян А. А. Повышение энергетической эффективности пассажирских электровозов с асинхронным тяговым приводом при питании от сети постоянного тока / Автореф. дисс… канд. техн. наук. – Ростов-на-Дону, РГУПС, 2016. – 24 с. [Электронный ресурс]: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_006653235/. Доступ 26.07.2023.Zarifyan, A. A. Increasing the energy efficiency of passenger electric locomotives with an asynchronous traction drive when powered from a DC network. Abstract of Ph.D. (Eng) thesis [Povyshenie energeticheskoi effektivnosti passazhirskikh elektrovozov s asinkhronnym tyagovym privodom pri pitanii ot seti postoyannogo toka. Avtoref. diss… kand.tekh.nauk]. Rostov-on-Don, RSTU publ., 2016, 24 p. [Electronic resource]: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_006653235/. Last accessed 26.07.2023.Автайкин И. Н., Квон А. М. Сравнительный анализ эффективности использования активных материалов радиальных и аксиальных асинхронных машин электропривода технологических установок // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 2019. – № 1 (367). – С. 70–73. EDN: YZILPF.Avtaikin, I. N., Kvon, A. M. Comparative analysis of the efficiency of using active materials of radial and axial asynchronous electric drive machines of technological installations [Sravnitelniy analiz effektivnosti ispolzovaniya aktivnykh materialov radialnykh i aksialnykh asinkhronnykh mashin elektroprivoda tekhnologicheskikh ustanovok]. News of higher educational institutions. Food technology, 2019, Iss. 1 (367), pp. 70–73. EDN: YZILPF.Казаков Ю. Б., Стулов А. В., Никифоров М. И., Киселев М. А. Разработка и исследование тягового синхронного электродвигателя с инкорпорированными в ротор магнитами для электромобиля // Вопросы электротехнологии. – 2022. – № 2 (35). – С. 89–97. EDN: VRBTEM.Kazakov, Yu. B., Stulov, A. V., Nikiforov, M. I., Kiselev, M. A. Development and research of a traction synchronous electric motor with magnets incorporated into the rotor for an electric vehicle [Razrabotka i issledovanie tyagovogo sinkhronnogo elektrodvigatelya s inkorporirovannymi v rotor magnitami dlya elektromobilya]. Issues of electrotechnology, 2022, Iss. 2 (35), pp. 89–97. EDN: VRBTEM.Чирков Д. А., Ключников А. Т., Коротаев А. Д., Тимашев Э. О. Сравнение методов расчёта электромагнитных процессов на примере цилиндрического линейного вентильного двигателя // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. – № 28. – С. 76–91. EDN: VQADWU.Chirkov, D. A., Klyuchnikov, A. T., Korotaev, A. D., Timashev, E. O. Comparison of methods for calculating electromagnetic processes using the example of a cylindrical linear valve motor [Sravnenie metodov rascheta elektromagnitnykh protsessov na primere tsilindricheskogo lineinogo ventilnogo dvigatelya]. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Electrical engineering, information technology, control systems, 2018, Iss. 28, pp. 76–91. EDN: VQADWU.Ермолаев А. И., Гордеев Б. А., Охулков С. Н., Титов Д. Ю. Программа для исследования магнитного шума и вибрации асинхронного электродвигателя // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2022669927, 26.10.2022. Заявка № 2022669399 от 21.10.2022. EDN: KNGBEV.Ermolaev, A. I., Gordeev, B. A., Okhulkov, S. N., Titov, D.Yu. Software program for studying magnetic noise and vibration of an asynchronous electric motor. Certificate of registration of the computer program 2022669927, 26.10.2022. Application № 2022669399 dated 21.10.2022. EDN: KNGBEV.Ермолаев А. И., Ерофеев В. И., Плехов А. С., Титов Д. Ю. Исследование магнитной вибрации асинхронного электродвигателя посредством МКЭ-моделирования // Интеллектуальная электротехника. – 2021. – № 3 (15). – С. 37–56. EDN: QZGGPR.Ermolaev, A. I., Erofeev, V. I., Plekhov, A. S., Titov, D. Yu. Study of magnetic vibration of an asynchronous electric motor using FEM modelling [Issledovanie magnitnoi vibratsii asinkhronnogo elektrodvigatelya posredstvom MKEmodelirovaniya]. Intelligent Electrical Engineering, 2021, Iss. 3 (15), pp. 37–56. EDN: QZGGPR.Сироткин В. В., Пигалев Д. А., Больших И. В., Черняев С. С. Применение специализированного программного обеспечения для расчета распределения магнитного поля в витках обмотки статора вентильноиндукторных электродвигателей // Инновационные транспортные системы и технологии. – 2022. – Т. 8. – № 4. – С. 58–73. EDN: RFMZKH.Sirotkin, V. V., Pigalev, D. A., Bolshikh, I. V., Chernyaev, S. S.Application of specialized software for calculating the distribution of the magnetic field in the turns of the stator winding of switched reluctance electric motors [Primenenie spetsializirovannogo programmnogo obespecheniya dlya rascheta raspredeleniya magnitnogo polya v vitkakh obmotki statora ventilno-induktornykh elektrodvigatelei]. Innovative transport systems and technologies, 2022, Vol. 8, Iss. 4, pp. 58–73. EDN: RFMZKH.Симаков А. В., Огневский А. С. Моделирование режимов работы тягового электродвигателя методом конечных элементов // В сб.: Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте. Материалы научной конференции, посвященной Дню Российской науки. – Омск: ОмГУПС, 2019. – С. 196–201. EDN: UZOSKZ.Simakov, A.V., Ognevsky, A. S. Modelling the operating modes of a traction electric motor using the finite element method [Modelirovanie rezhimov raboty tyagovogo elektrodvigatelya metodom konechnykh elementov]. In: Innovative projects and technologies in education, industry and transport. Materials of the scientific conference dedicated to the Day of Russian Science. Omsk, OmGUPS publ., 2019, pp. 196–201. EDN: UZOSKZ.Авдеев А. И. Автоматизация расчета магнитного поля асинхронного электродвигателя в программе FEMM // В сб. «Информационные технологи, энергетика и экономика (электроэнергетика, электротехника и теплоэнергетика, математическое моделирование и информационные технологии в производстве)». Сб. тр. XVIII международной научно-техн. конференции студентов и аспирантов: в 3 т. – Т. 1. – Смоленск, 2021. – С. 121–126. EDN: JXYDOE.Avdeev, A. I. Automation of calculation of the magnetic field of an asynchronous electric motor in the FEMM program [Avtomatizatsiya rascheta magnitnogo polya asinkhronnogo elektrodvigatelya v programme FEMM]. In: the collection. «Information technologies, energy and economics (electric power, electrical engineering and thermal power engineering, mathematical modeling and information technology in production)». Proceedings of XVIII international scientific and technical conferences of students and Ph.D. students: in 3 volumes. Vol.1. Smolensk, 2021, pp. 121–126. EDN: JXYDOE.Волков С. В., Горячев О. В., Ефромеев А. Г., Степочкин А. О. Расчет параметров математической модели электрического шагового двигателя гибридного типа на основе анализа картины магнитостатического поля // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2019. – Т. 20. – № 8. – С. 482–489. https://doi.org/10.17587/mau.20.482–489.Volkov, S. V., Goryachev, O. V., Efromeev, A. G., Stepochkin, A. O. Calculation of the Parameters of a Mathematical Model of an Electric Hybrid Stepper Motor Based on the Analysis of the Magneto Static Field Pattern. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2019, Vol. 20, Iss. 8, pp. 482–489. https://doi.org/10.17587/mau.20.482–489.

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