Т. 327, № 6

Оптимизация активной части вентильно-индукторного двигателя методом Нелдера-Мида

Актуальность работы обусловлена важной практической задачей для нефтедобывающей промышленности, такой как повышение эффективности процесса добычи нефти, надежности работы оборудования и снижение затрат на эксплуатацию. В связи с этим в статье рассмотрены вопросы оптимизации активной части вентильно-индукторного двигателя, обладающего рядом преимуществ по отношению к применяемым асинхронным двигателям и синхронным с постоянными магнитами в нефтедобывающей отрасли. Основными преимуществами вентильно-индукторного двигателя являются энергоэффективность и надежность в эксплуатации. Для дальнейшего совершенствования его удельных показателей и экономической эффективности применен метод Нелдера-Мида, позволяющий в заданных габаритах увеличить электромагнитный момент двигателя за счет оптимизации геометрии его активной части. Это важно для погружного насоса, имеющего жесткие габаритные ограничения. При большой кривизне скважины в случае наклонного бурения применение данного типа двигателя позволяет в полной мере реализовать его преимущества. Цель работы: анализ основных методов проектирования вентильно-индукторного привода и оптимизация активной части вентильно-индукторного двигателя с целью увеличения среднего значения электромагнитного момента. Методы исследования. Расчеты магнитного поля проводились методом конечных элементов, заложенных в основу программы по расчету и визуализации электромагнитных процессов FEMM 4.2; площадь под кривой электромагнитного момента вычислялась численным интегрированием этой кривой методом трапеций; использовался детерминированный метод Нелдера-Мида (деформируемого многогранника), который относится к методам безусловной оптимизации функции от нескольких переменных и не использует производной (градиентов) функции. Результаты. Проведен анализ основных методик проектирования вентильно-индукторного привода. Разработана программа автоматизированного проектирования вентильно-индукторного двигателя в среде MATLAB, с помощью которой формируются геометрические данные зубцовой зоны двигателя. Расчет магнитного поля выполнен в программе FEMM 4.2. Реализован оптимизационный алгоритм расчета среднего значения электромагнитного момента, основанный на методе Нелдера-Мида (деформируемого многогранника) и позволяющий существенно улучшить характеристики вентильно-индукторного двигателя.

Ключевые слова:

электронный ресурс, вентильно-индукторные двигатели, проектирование, статоры, роторы, зубцовые зоны, электромагнитный момент, оптимизация, метод Нелдера–Мида,

Авторы:

Петрушин Александр Дмитриевич

Шевкунова Анастасия Владимировна

Кашуба Александр Викторович

Скачать PDF