I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   2 ,  A p r il   2 0 2 1 ,   p p .   1 1 2 3 ~ 1 1 2 9   I SS N:  2088 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 11 i 2 . p p 1 1 2 3 - 1 1 2 9           1123       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   The  c a sca de  e qui v a lent  A - H - cir cui t  o f  the   sa lien t - po le  g enerato r   o n t he bas e o f  th e  anis o tropic  m o de l       Alex ey   B la nc   De p a rtme n t  o f   T h e o re ti c a l  F o u n d a ti o n   o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,  N o v o sib irsk   S tate   T e c h n ica l  Un iv e rsity ,   Ru ss ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 7 ,   2 0 20   R ev i s ed   J u n   18 ,   20 20   A cc ep ted   J un   30 ,   2 0 20       In   t h e   sc ien ti f ic  stu d ies   o f   th e   e lec tri c   m a c h in e s,  c y li n d rica l  a n d   Ca rtes ian   lam in a ted   m o d e ls  h a v e   lo n g   p r o v e d   th e ir   o p e ra b il it y   w h e n   it   is  n e c e ss a r y   to   tran sf o r m   th e   g e n e ra l  so lu ti o n s  o f   th e   p a rt ial  d i ff e re n ti a l  e q u a ti o n s   in to   f o u r - term in a l  n e t w o rk   e q u a ti o n s  a n d   to   c re a te  th e   c a sc a d e   e q u iv a len t  c ircu it s  o f   th e   e lec tri c   m a c h in e s.  In   th e   c a se   o f   th e   sa li e n t - p o le  m a c h in e s,   p iec e w ise   c o n ti n u o u s  S t u rm - L io u v il le  e ig e n f u n c ti o n s  a re   u su a ll y   u se d   a s   th e   g e n e ra l   so lu ti o n .   Un f o rtu n a tely ,   w e   c a n n o t  c re a te  th e   c a sc a d e   e q u iv a len t  c ircu it   o f  th e   sa li e n t - p o le  e lec tri c   m a c h in e   w h e n   (to   e n su re   b o th   th e   u n iq u e n e ss   a n d   th e   a c c u ra c y   o f   th e   so lu ti o n )  t h e   f ield   is  m o d e led   w it h   m a n y   p iec e w ise   c o n ti n u o u s  S tu rm - L io u v il le  e ig e n f u n c ti o n s  (in   th e   z o n e   o f   p o les )  a n d   m a n y   sin u so i d a l  f u n c ti o n s  (in   th e   a ir  g a p ).   Ne v e rth e les s,  th e   a u th o r  d e v e lo p e d   th e   a p p ro x im a te  m e th o d   f o r  m o d e li n g   th e   m a g n e ti c   f ield   o f  th e   s a li e n t - p o le  e lec tri c   m a c h in e s  w h e n   o n ly   o n e   p iec e w is e   c o n ti n u o u s  S tu rm - L io u v il le  e ig e n f u n c ti o n   is  u se d   a n d   m a n y   s in u so id a l  f u n c ti o n s.  In   t h is  c a se ,   it   b e c o m e s   p o ss ib le  to   tran sf o rm   th e   g e n e ra l   so lu ti o n   o f   th e   p a rti a l  d iff e r e n ti a l  e q u a ti o n   in to   f o u r - term in a l  n e tw o rk   e q u a ti o n s  a n d   to   c re a te  th e   c a sc a d e   e q u iv a len t   c ircu it   o f   th e   sa li e n t - p o le  e lec tri c   m a c h in e .   In   th is  p a p e r,   t h e   c a s c a d e   e q u iv a len t  A - H - c ircu it   o f   th e   sy n c h ro n o u s   sa li e n t - p o le  m a c h in e   is  c o n sid e re d   (w it h o u t  u si n g   p iec e w ise   c o n ti n u o u s  S t u rm - L io u v il le  e ig e n f u n c ti o n s  b u t  a lso   w it h o u t  p ro p e rti e s a v e ra g in g ).   K ey w o r d s :   C ascad e  e q u i v alen t c ir cu it s   E lectr ic  m ac h in e s   S alien t - p o le  e lectr ic  m ac h i n es   S y n ch r o n o u s   e lectr ic  g en er ato r s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A le x e y   B la n c   Dep ar t m en t o f   T h eo r etica l Fo u n d atio n   o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   No v o s ib ir s k   State  T ec h n ical  Un i v er s it y   2 0   Ma r x   av en u e ,   No v o s ib ir s k ,   6300 7 3   R u s s ia   E m ail:  alb la n ce s @ y a n d ex . r u       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th e  s ec o n d   h alf   o f   th e  t w e n tiet h   ce n t u r y ,   m a n y   p ap er s   w er e  p u b lis h ed   [ 1 - 7 ]   th at  ex a m i n ed   th e   p r o b lem   o f   m o d eli n g   t h e  ele ctr o m a g n etic  f ield   o f   elec tr ic   m ac h i n es  b ased   o n   t h e  la m i n ated   m o d el s .   E ac h   la y er   o f   t h e  la m i n ated   m o d el  co r r esp o n d ed   to   s o m e   zo n e   o f   th e   m ac h i n e  ( air   g ap s ,   teeth ,   s lo ts ,   t h e  y o k e s   o f   th e  s tato r   an d   t h e  r o to r ) .   T h e  g en er al  s o lu t io n   o f   t h e  p ar tial  d i f f er en tia l  eq u atio n   h ad   to   b e  f o u n d   in   ea c h   la y er   o f   th e  la m i n ated   m o d el  an d   in t eg r atio n   co n s tan ts   h ad   to   b e  d ef i n ed   ( ac co r d in g   to   th e  b o u n d ar y   co n d itio n s ) .   Un f o r tu n atel y ,   t h e  ca lc u latio n s   w er e  s o   co m p le x ,   an d   t h e  r esu lt s   w er e  s o   cu m b er s o m e  t h at  th e   la m i n a ted   m o d els  d id   n o t  r ec eiv e  a n y   p r ac tical  d e v elo p m e n t   in   t h e  f u t u r e.   Ho w ev er ,   it  b e ca m e  ap p ar en t  t h at   th e  s o lu tio n s   o f   th e  p ar tial  d if f er en tia l  eq u atio n s   th at  w er e  o b tain ed   f o r   th e  lam in ated   m o d els  co u ld   b e  r ed u ce d   in to   th e  f o u r - ter m i n al   n et w o r k   eq u atio n s   k n o w n   in   th e  cir cu it  t h eo r y .   I f   n o w   t h e  elec tr ic  in te n s i t y   is   co n s id er ed   eq u i v alen t   to   t h e  v o ltag e   an d   th e   m a g n etic  in te n s it y   is   co n s id er ed   eq u i v ale n t   to   th e   cu r r e n t,  it   i s   p o s s ib le  to   cr ea te  th e  eq u iv al en t  cir cu it  o f   th e  f o u r - ter m i n al  n et w o r k   eq u atio n s   ( th e  s o - ca lled   E - H - ca s ca d e   eq u iv ale n t  cir c u it).   I f   th e  v ec t o r   m a g n e tic  p o ten tial  i s   co n s i d er ed   eq u iv alen t  to   th e  v o ltag e  an d   th e  m a g n eti c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 ,  A p r il   2 0 2 1   :   1 1 2 3   -   1129   1124   in te n s it y   i s   co n s id er ed   eq u iv a len t  to   t h e  c u r r en t,  w e  h a v e  t h e  A - H - ca s ca d e  eq u i v ale n t  ci r cu it.  T h e  ca s ca d e   eq u iv ale n t  cir c u its   w er e  cr ea t ed   f o r   th e  d if f er en t  t y p es  o f   c y li n d r ical  r o to r   m ac h in e  [ 8 - 2 0 ] ,   as  w e ll  as  f o r   elec tr ic  tech n o lo g ical  i n s talla ti o n s   [ 2 1 - 2 7 ] .   I n   th e  ca s e  o f   t h e  s alie n t - p o le  m ac h i n es,  i n   w h ich   alter n at in g   p o les  a n d   air   s p ac es  b etw ee n   p o les   ca n n o t  b e  co n s id e r ed   as  th e   h o m o g en eo u s   zo n e,   p iece w i s e  co n tin u o u s   St u r m - L io u v ille   eig e n f u n ctio n s   ar e  u s u all y   u s ed   as  t h e  g e n er al  s o lu tio n   o f   t h e  p ar tial  d if f er en tial  eq u atio n   [ 2 8 - 3 0 ] .   Un f o r t u n ate l y ,   w e   ca n n o t   cr ea te  th e  ca s ca d e  eq u i v alen t  cir cu it  o f   t h e  s al ien t - p o le  elec t r ic  m ac h i n e  w h e n   ( to   en s u r e  b o th   th e  u n iq u e n ess   an d   th e  ac cu r ac y   o f   th e  s o lu tio n )   th e  f ield   is   m o d eled   w i th   m a n y   p iece w i s e  co n ti n u o u s   Stu r m - L io u v ille   eig en f u n ctio n s   ( in   t h e  zo n e  o f   alter n atin g   p o les  an d   air   s p ac es  b et w ee n   p o les)  an d   m a n y   s in u s o id al  f u n c tio n s   ( in   t h e  air   g ap ) .   Ne v er th ele s s ,   th e  a u th o r   d ev elo p ed   th e   ap p r o x i m ate   m e th o d   f o r   m o d elin g   th e  m a g n et ic  f ield   o f   th e  s alie n t - p o le  elec tr ic  m a ch in e s   w h en   o n l y   o n e  p iece wis e  co n ti n u o u s   Stu r m - L io u v ill e  eig en f u n ctio n   i s   u s ed   ( i n   t h e  zo n e  o f   p o les)  a n d   m an y   s i n u s o id al  f u n ctio n s   ( in   t h e  air   g ap )   [ 3 1 ,   3 2 ] .   I n   th is   ca s e,   it   b ec o m es   p o s s ib le  to   tr an s f o r m   th e  g e n er al  s o l u tio n   o f   t h e  p ar tial  d if f er e n tial  eq u atio n   in to   f o u r - ter m i n al  n et w o r k   eq u atio n s   a n d   to   cr ea te  t h e  ca s ca d e  eq u iv ale n t  cir c u it  o f   t h e   s alien t - p o le  ele ctr ic  m ac h in e   [ 3 3 - 3 6 ] .   T h is   p ap e r   de als  w it h   t h e  s a m e  s u b j ec t  as  [ 3 6 ] .   Ho w e v er ,   as  o p p o s ed   t o   [ 3 6 ] ,   th e  A - H - cir cu it  o f   t h e  elec tr ic  m ac h i n e   is   cr ea ted   w ith o u t  u s i n g   p iece w i s e  co n ti n u o u s   S tu r m - L io u v ille  ei g en f u n c tio n s   ( b u t  als o   w it h o u t  p r o p er ties   av er ag i n g ) .       2.   T H E   E Q U I VA L E NT   A - H - CIRCUI T   O F   T H E   RO T O R   T h e  o b j ec t  o f   th e  s tu d y   is   t h e  s y n ch r o n o u s   g en er ato r   w it h   th e  s alie n t - p o le  r o to r   ( th at  is   also   th e   in d u cto r ) .   B o th   t h e  r o to r   y o k e  an d   th e   s tato r   y o k e  ar e  p er f ec t  f er r o m a g n e tic,   th e ir   m a g n etic  p er m ea b ilit y   is   in f i n ite.   T h e  m ag n etic   p er m e ab ilit y   o f   p o les   is   co n s tan t   an d   f i n ite.   P o les  a n d   air   s p ac es   b et w ee n   p o les  ar e   b o u n d ed   b y   co o r d in ate  s u r f ac es o f   th e   c y li n d r ical  co o r d in ate  s y s te m   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e  1 .           Fig u r e  1 .   T h e  s alien t - p o le  s y n ch r o n o u s   g e n er ato r       T h e  cu r r en t  0 I   cr ea tes  th e  e x cit in g   f ield .   L et  u s   s u b s tit u te  eq u iv a len t  c u r r en t  s h ee t s   ( th at  w il l  b e  lo ca ted   o n   th e  r o to r   y o k e  b et w ee n   p o les)  f o r   th e  e x citi n g   c u r r en t.  Fo u r ier ’ s   ex p a n s io n   t u r n s   t h e  c u r r en t  s h ee t  in to     0 0 1 , 3 , 5 1 si n c os k I k p H k p r k p    ( 1 )     w h er e  2 p   is   th e  n u m b er   o f   p o les.   I t  is   k n o w n   t h at  in   ca s e  o f   b o th   th e  e x citi n g   f ield   a n d   th e  lo n g i tu d i n al  ar m at u r e  r ea ctio n ,   f ield   li n es   ar e  d ir ec ted   g en er all y   p ar allel   to   th e  r - a x is   w it h in   th e  p o les   an d   g e n er all y   p er p en d icu lar   t o   th e  r - a x is   w i th i n   th e  air   s p ac es  b et w ee n   p o les.   T h er ef o r e,   w e   ca n   s u b s tit u te   th e   an i s o tr o p ic  zo n e  f o r   th e   p o les  an d   th e   air   s p ac es  w h er e  t h e   co m p o n e n ts   o f   th e  m ag n etic  p er m ea b il it y   m u s t b e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Th e  ca s ca d e  eq u iva len t A - H - c ir cu it o f th e  s a lien t - p o le  g e n era to r   o n   t h e  b a s e  o f th e   . ..   ( A lexe y  B la n c)   1125   0 , rf     ( 2 )     w h er e  f   is   t h e  m a g n e tic  p er m ea b ilit y   o f   p o les an d   0   is   th e  m ag n etic  p er m ea b ilit y   o f   air .   I n   ca s e  o f   th e  q u ad r at u r e - a x i s   ar m at u r e  r ea ctio n ,   f ield   lin es  ar e  d ir ec ted   g en er all y   p ar allel   to   th e   r - a x is   w it h i n   t h e  air   s p ac es b et w ee n   p o les a n d   g e n er all y   p er p en d icu lar   to   t h e  r - a x i s   w it h i n   t h e  p o les.  T h en   t h e   co m p o n e n t s   o f   t h e  m a g n etic   p er m ea b ilit y   m u s t b e     0 , . r f     ( 3 )     I n   th e  a n is o tr o p ic  zo n e,   Ma x well’ s   eq u atio n s   d eter m i n e  elec t r o m a g n etic  f ield :     rot 0 , rot H BA   ( 4 )     I n   ca s e  o f   th e  c y li n d r ical  co o r d in ate  s y s te m ,   Ma x w ell ’ s   eq u atio n s   ( 4 )   ar e  eq u iv ale n t  to   th e  p ar tial   d if f er e n tial e q u at io n   f o r   th e  v e cto r   p o ten tial:     22 2 2 2 1 1 1 0 r A A A r r r r    ( 5 )     w h er e  A   is   t h e  z - co m p o n e n t o f   t h e  v ec to r   p o ten tial.   W h en   t h e  r o to r   r ev o lv es,  w e  ca n   s ee   th e  tr a v eli n g   w a v es  o f   th e  f ield .   T h er ef o r e,   th e  co m p lex   p la n e  r ep r esen tatio n   o f   t h e  v ec to r   p o ten tial c a n   b e  u s ed .   Fo r   th e  ea ch   k - t h   h ar m o n ic,   th e  ( 5 )   tu r n s   in to     22 22 1 0 k k k k AA A r r r r     ( 6 )     w h er e    k r kp .   T h e  g en er al  s o lu tio n   o f   t h e  eq u atio n   ( 6 )   is     12 kk k A C r C r   .   ( 7 )     T h e  tan g e n tial c o m p o n e n t o f   t h e  m a g n etic  i n ten s it y   ( ex cl u d i n g   t h e  ex c iti n g   f ield   s o u r ce )   is     12 1 kk kk k A H C r C r rr      .   ( 8 )     Su p p o s e  th at  at  th e  b o u n d ar ies  o f   t h e  an i s o tr o p ic  zo n e,   th e  v ec to r   p o ten tial  an d   t h e   tan g e n tia l   co m p o n e n t o f   th e  m a g n et ic  in t en s it y   v ec to r   ar e  k n o w n .   As in   Fig u r e  1   f o r   th e  f ir s t f ie ld   h ar m o n ic ,  if   1 rr ,     1 1 1 2 1 kk k A C r C r   ,   ( 9)     11 1 1 1 2 kk k k H r C r C r    .   ( 1 0 )     I f   2 rr   ( s ee   Fig u r e  1 ) ,     2 1 2 2 2 kk k A C r C r   ,   ( 1 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 ,  A p r il   2 0 2 1   :   1 1 2 3   -   1129   1126   22 2 2 1 2 kk k k H r C r C r    .   ( 1 2 )     Su p p o s e  th at,   f o r   th e  f ir s t  f i eld   h ar m o n ic ,   t h e  eq u i v ale n t   A - H - cir cu it  ( in   w h ic h   v ec to r   m a g n eti c   p o ten tial  i s   co n s id er ed   eq u i v alen t  to   th e   v o ltag e   an d   th e   tan g e n tia l  co m p o n en t   o f   th e   m ag n etic   i n te n s it y   v ec to r   m u ltip lied   b y   a  r ad iu s   is   co n s id er ed   eq u i v ale n t  to   t h e  cu r r en t)   co r r esp o n d s   to   th e  r o to r   as  s h o w n   i n   Fig u r e  2 .           Fig u r e  2 .   T h e  eq u iv alen t  A - H - cir cu it o f   t h e  r o to r       T h e  id ea l c u r r en t so u r ce   01 Hr   co r r e s p o n d s   to   th e  f ir s t h ar m o n ic  o f   th e  cu r r en t e x p r ess io n   ( 1 ) :     0 01 sin Ip H r j p .   ( 1 3 )     T h e  ex p r ess io n s   ( 9 ) - ( 1 2 )   d es cr ib e  th e  o p er atio n   co n d itio n s   o f   t h e  eq u i v ale n t  A - H - cir cu it.  O n   t h e   o th er   h a n d ,   w h e n   o p er atio n   co n d itio n s   c h a n g e,   t h e  co n s t an ts   o f   th e  eq u i v alen t  A - H - ci r cu it  ( in cl u d i n g   t h e   i m p ed an ce s   11 Z ,  12 Z ,  13 Z )   s h all  n o t  ch a n g e.   T h er ef o r e,   w e  ca n   d eter m i n e  th e  i m p ed an ce s   11 Z ,  12 Z ,  13 Z   b y   an al y z in g   t h e  ex p r ess io n s   ( 9 ) - ( 1 2 )   in   th e  s h o r t - c ir cu it c o n d it io n s   an d   t h e  n o - lo ad   co n d itio n s :     11 11 21 12 11 12 1 21 12 2 rr rr ZZ rr rr     ,   ( 1 4 )     11 13 1 21 12 2 Z rr rr  .   ( 1 5 )       3.   T H E   CA SCAD E   E Q U I VA L E NT   A - H - CIRCU I T   O F   T H E   G E N E RA T O R   T h e  ca s ca d e  eq u iv alen t  A - H - c ir cu it o f   t h e  g en er ato r   h a s   t w o   ce lls   as s h o w n   in   Fi g u r e  3 .   T h e  f ir s t c el l   ( 11 Z ,  12 Z ,  13 Z )   co r r esp o n d s   to   th e   r o to r   an d   t h e  s ec o n d   ce ll  ( 21 Z ,  22 Z ,  23 Z )   c o r r esp o n d s   to   th e  a ir   g ap .   C o n s tan t s   o f   t h e  s ec o n d   ce ll   m a y   b e  d ed u ce d   f r o m   e x p r es s io n s   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 )   w h e n   0 r  .   F o r   th e  f ir s t  f ield   h ar m o n ic ,     3 2 23 0 21 22 3 2 23 2 p p p p r r rr ZZ p r r rr               ,   ( 1 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Th e  ca s ca d e  eq u iva len t A - H - c ir cu it o f th e  s a lien t - p o le  g e n era to r   o n   t h e  b a s e  o f th e   . ..   ( A lexe y  B la n c)   1127   0 23 3 2 23 2 p p Z p r r rr       .   ( 1 7 )     T h e  air   g ap   ir r eg u lar it y   ca n   b e  tak en   i n to   ac co u n t i f   th e  air   g ap   is   m u ltip lied   b y     k   ( 1 8 )     w h er e    is   t h e  p o le  o v er lap   f ac to r   an d   k   is   C ar ter ’ s   f ac to r .   I f   t h e  m a g n et ic  p er m ea b ili t y   o f   s ta to r   teeth   is   i n f in i te  t h en   th e  zo n e  o f   s ta to r   teeth   m a y   b e  r e m o v ed   f r o m   t h e  A - H - cir cu i t  an d   t h e   id ea l  cu r r en t  s o u r ce   2 I   ( th at  c o r r esp o n d s   to   th e  ar m a tu r e  r ea ctio n )   w ill  b e   co n n ec ted   to   th e  o u tp u t  o f   t h e   s ec o n d   ce ll.  I n   co m p lian ce   with   Am p er e ’ s   cir c u ital  lo w ,   t h i s   cu r r en t  s o u r ce   is   d eter m in ed   as     12 22 4 bb I h z   ( 1 9 )     w h er e      is   th e  c u r r en t d en s it y   i n   t h e  s t ato r   s lo ts   ( th e  a m p lit u d e  o f   t h e   f ir s t  h ar m o n ic) ;    2 z   is   th e  n u m b er   o f   s tato r   teet h ;    h   is   th e  to o th   h ei g h t ;   1 b   an d   2 b   ar e  th e  w id t h s   o f   th e  s lo t ( o n   th e  air   g ap   an d   o n   th e  s tat o r   y o k e) .           Fig u r e  3 .   T h e  ca s ca d e  eq u iv alen t  A - H - cir c u it o f   t h e  g en er ato r       4.   RE SU L T S  A ND  AN AL Y SI S   T ab le  1   co n tain s   t h e  i n itial   d ata  o f   t h e  co n tr o l  ca lcu latio n s .   T h e  r esu lt s   o f   co n tr o l  ca l c u l atio n s   ar e   o f f er ed   i n   Fig u r e  4   ( t h e  n o r m al  co m p o n e n t  o f   t h e  m a g n etic  i n d u ctio n   v ec to r   o n   th e   s tato r ) .   B o th   t h e   n u m er ical   s i m u latio n   an d   th e   ca lcu lat io n s   o f   th e   A - H - cir c u it  lead   to   th e   s a m e  r es u lt.   I t  is   e v id en ce   o f   th e   co r r ec tn ess   o f   m o d eli n g .       T ab le  1 .   T h e  in itial d ata  o f   th e   co n tr o l c alcu latio n s   P a r a me t e r   V a l u e   P a r a me t e r   V a l u e   T h e   n u m b e r   o f   p o l e s   8   C a r t e r ’ s fac t o r   1 . 2 2   T h e   p o l e   r e l a t i v e   p e r me a b i l i t y   5 0 0   T h e   p o l e   o v e r l a p   f a c t o r   0 . 7 3   T h e   r o t o r   d i a me t e r   6 3 2   mm   T h e   e x c i t i n g   c u r r e n t   4 5 8 2 . 5   A   T h e   p o l e   h e i g h t   8 3 . 4   mm   T h e   c u r r e n t   d e n si t y   i n   t h e   st a t o r   sl o t s   2   A / mm 2   T h e   a i r   g a p   4   mm   T h e   n u m b e r   o f   st a t o r   t e e t h   96     8   T h e   t o o t h   h e i g h t   53   mm   T h e   sl o t   w i d t h   ( o n   t h e   a i r   g a p )   1 1 . 1 1   mm     16   T h e   sl o t   w i d t h   ( o n   t h e   y o k e )   1 4 . 5 7   mm     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 ,  A p r il   2 0 2 1   :   1 1 2 3   -   1129   1128       Fig u r e  4 .   T h e  m a g n et ic  in d u ct io n   v ec to r   o n   th e  s tato r   ( th e  n o r m al  co m p o n e n t,  th e  f ir s t  f ield   h ar m o n ic,     th e  q u ad r atu r e - ax is   ar m a tu r e  r ea ctio n ) : th e  s o lid   li n e  is   t h e  c ascad e  eq u iv ale n t  A - H - c ir cu it;   p o in ts   ar e    th e  n u m er ical  s i m u latio n   ( E LC UT   5 . 1 )       5.   CO NCLU SI O N     I n   t h is   p ap er ,   t h e  c ascad e  e q u iv ale n t  A - H - cir c u it  o f   t h e   s y n c h r o n o u s   s a lien t - p o le  g e n er ato r   is   co n s id er ed .   I n   th i s   m o d el,   b o th   t h e  p o les   o f   t h e  r o to r   an d   air   s p ac es  b et w ee n   t h e  p o les  a r e  r ep lace d   b y   th e   an is o tr o p ic  zo n e.   I t  m a k es  i t   p o s s ib le  to   av o id   p iece w i s e  co n tin u o u s   St u r m - L io u v i lle  e ig en f u n ctio n s .   T h e   co n s ta n ts   o f   t h e  A - H - cir c u it   ch an g e   d ep en d in g   o n   t h e  f i eld   co n f ig u r atio n   ( t h e  ex ci tin g   f ield   o r   th e  lo n g it u d i n al  ar m at u r e  r ea ctio n   o r   th e  q u ad r atu r e - ax i s   ar m at u r e  r ea ctio n ) .   T h e  air   g ap   ir r eg u lar it y   ca n   b e  tak e n   in to   ac co u n t  i f   th e  air   g ap   is   in cr ea s ed .   C o n tr o l  ca lcu lat io n s   o f   th e  c ascad e  e q u iv ale n t   A - H - cir cu i t  an d   th e   n u m er ical  s i m u lat io n   lead   to   th e  s a m e  r esu lt.  I t is ev id e n ce   o f   th e  co r r ec tn es s   o f   m o d eli n g .       RE F E R E NC E S     [1 ]   E.   M ish k in ,   “ T h e o ry   o f   th e   sq u irrel - c a g e   in d u c ti o n   m o to r  d e ri v e d   d irec tl y   f ro m   M a x we ll ’s  f ield   e q u a ti o n s,”   Qu a rte rly   J o u rn a l   o f  M e c h a n ics   a n d   Ap p l ied   M a th e m a ti c s ,  v o l.   7 ,   no .   4 ,   p p .   4 7 2 - 4 8 7 ,   1 9 5 4 .   [2 ]   S .   A .   Na sa r ,   “ El e c tro m a g n e ti c   th e o ry   o f   e lec tri c a l  m a c h in e s , ”   Pro c e e d in g s  o f  t h e   In st it u t io n   o f   El e c trica l   En g i n e e rs ,  v o l.   1 1 1 ,   no .   6 ,   p p .   1 1 2 3 - 1 1 3 1 ,   1 9 6 4 .   [3 ]   J.  G re i g   a n d   E.   M .   F re e m a n ,   “ Trav e li n g   w a v e   p ro b lem   in   e lec tri c a l  m a c h in e , ”  Pro c e e d in g s  o f   th e   In stit u ti o n   o f   El e c trica l  En g in e e rs ,  v o l.   1 1 4 ,   no .   1 1 ,   p p .   1 6 8 1 - 1 6 8 3 ,   1 9 6 7 .   [4 ]   S.   W il li a m so n ,   “ T h e   a n iso tro p ic   la y e r   th e o ry   o f   in d u c ti o n   m a c h in e s  a n d   in d u c ti o n   d e v ice s , ”   I M A  J o u rn a l  o f   Ap p li e d   M a t h e ma ti c s ,  v o l.   1 7 ,   no .   1 ,   p p .   69 - 84 ,   1 9 7 6 .   [5 ]   V .   M .   Ka z a n sk y   a n d   A .   I.   In k in ,   “ A n   e le c tro m a g n e ti c   m o d e l  a n d   e le m e n ts  o f   th e   in d u c ti o n   m a c h in e ’s  th e o ry   (in   Ru ss ian ) , ”   In d u c ti o n   M icr o - M a c h in e s.  T h e   In ter - Un ive rs it y   Co n f e re n c e   o n   In d u c ti o n   M a c h in e s:  Pro c .   ( Ka u n a s) ,   1 9 6 9 ,   pp .   2 1 7 - 2 2 9 .     [6 ]   V .   M .   Ka z a n sk y ,   e t  a l. ,   “ T h e   a n a ly ti c a l  stu d y   o f   e lec tro m a g n e ti c   f ield   in   a n   a c ti v e   v o lu m e   o f   th e   n - p h a se   a s y n c h ro n o u s m a c h in e   w it h   a   n o n - slo t  sta to r   (i n   R u ss ian ) , ”   In d u c ti o n   e lec tric mo to rs   wit h   a n   a ll o c a te d   a c ti v e   sta t o r  la y e r: P ro c . ,   No v o si b irsk :  NET I,   no .   2 ,   p p .   41 - 57 ,  1 9 7 2 .     [7 ]   A .   I.   In k in   a n d   V.  M .   Ka z a n sk y ,   “ Eq u iv a len t  tran sf o r m a ti o n s  o f   a c ti v e   z o n e s  in   ro tati n g   e lec tri c   m a c h in e s   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tricity,  v o l.   1,   p p .   42 - 45 ,   1 9 7 5 .     [8 ]   E.   M .   F re e m a n ,   “ T ra v e ll in g   w a v e s in   in d u c ti o n   m a c h in e s: i n p u t  im p e d a n c e   a n d   e q u iv a len t  c ircu it s , ”  Pro c e e d in g s o f  th e   In stit u ti o n   o f  El e c trica l  E n g i n e e rs ,  v o l.   1 1 5 ,   no .   1 2 ,   p p .   1 7 7 2 - 1 7 7 6 ,   1 9 6 8 .   [9 ]   E.   M .   F re e m a n ,   “ Eq u iv a len t  c ircu it s f ro m   e lec tro m a g n e ti c   th e o ry   lo w - f re q u e n c y   in d u c ti o n   d e v ice s , ”  Pro c e e d in g s  o f  th e   In stit u ti o n   o f  El e c trica l  E n g i n e e rs ,  v o l.   1 2 1 ,   no .   1 0 ,   p p .   1 1 1 7 - 1 1 2 1 ,   1 9 7 4 .   [1 0 ]   E.   M .   F re e m a n   a n d   T .   G .   Blan d ,   “ Eq u iv a len t  c ircu it   o f   c o n c e n tr ic  c y li n d rica l  c o n d u c to rs  i n   a n   a x ial  a lt e rn a ti n g   m a g n e ti c   f ield , ”   Pro c e e d in g s  o f  t h e   In stit u ti o n   o f  E lec trica l  En g i n e e rs ,  v o l.   1 2 3 ,  no . 2 ,   p p .   1 4 9 - 1 5 2 ,   1 9 7 6 .   [1 1 ]   A .   I.   In k in ,   “ T h e   c ircu it   a p p ro x im a ti o n   o f   li n e a r  m e d iu m s  in f lu e n c e d   b y   e lec tro m a g n e ti c   f ield   (in   R u ss ian ) , ”   El e c tricity,  no .   4,   p p .   6 4 - 67 ,   1 9 7 5 .     [1 2 ]   A .   I.   In k in   a n d   B.   V .   L it v in o v ,   “ T h e   s y n th e sis  o f   c a sc a d e   e q u iv a l e n t  c ircu it s  o f   in d u c ti o n   e lec tri c   m a c h in e s  o n   t h e   b a sis o f   sta n d a rd   E - H - f o u r - term in a l  n e tw o rk s   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tro tec h n ics ,   v o l.   1,   p p .   2 9 - 3 3 ,   1 9 7 7 .     [1 3 ]   A .   I.   In k in   a n d   Yu .   G .   Bu c h h o lz,   “ F o u n d a ti o n s  o f   th e   sy n th e siz in g   o f   n o n - li n e a r  c a sc a d e   e q u iv a le n t  c ircu it s  o f   a n   e lec tri c   m a c h in e   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tricity,  v o l.   6,   p p .   3 3 - 3 7 ,   1 9 7 9 .     [1 4 ]   A .   I.   In k in ,   “ El e c tro m a g n e ti c   f i e ld s  a n d   p a ra m e ters   o f   e l e c tri c   m a c h in e s:  tu to rial   (in   Ru ss ian ) , ”   No v o sib irsk :   UK EA ,   p p .   1 - 4 6 4 ,   20 02.   [1 5 ]   B.   V .   L it v in o v   a n d   O.  B.   Da v id e n k o ,   “ S tan d a rd   c e ll s  a n d   c a sc a d e   e q u iv a len t  c ircu it s  o f   e lec tri c   m a c h in e s:   m o n o g ra p h   (in   Ru ss ian ) , ”   N o v o si b irsk :  NST U,  p p .   1 - 2 1 5 ,   2 0 0 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Th e  ca s ca d e  eq u iva len t A - H - c ir cu it o f th e  s a lien t - p o le  g e n era to r   o n   t h e  b a s e  o f th e   . ..   ( A lexe y  B la n c)   1129   [1 6 ]   B.   V.  L it v in o v   a n d   O.  B.   Da v id e n k o ,   “ T h e   e q u iv a len t  c ircu i t  o f   t h e   sy n c h ro n o u s   re a c ti v e   m o to r  su b jec t  t o   h ig h e r  sp a ti a l  h a rm o n ic o f   m a g n e to m o ti v e   f o rc e   (in   Ru ss ian ) , ”  E lec tricity,  v o l.   5,   p p .   48 - 52 ,   2 0 1 0 .   [1 7 ]   B.   V.  L it v in o v   a n d   O.  B.   Da v i d e n k o ,   “ S y n c h ro n o u s  re a c ti v e   m o to r  w it h   re d u c e d   m a g n e ti c   c o n d u c tan c e   a lo n g   tran sv e rse   a x is   (in   Ru ss ian ) , ”   E lec tro tec h n ics ,   v o l.   3,   p p .   15 - 20 ,   2 0 1 0 .   [1 8 ]   L .   Qa s e e r,   e t  a l. ,   “ Co m b in e d   f iel d   a n d   c ircu it   t h e o ries   in   sq u irrel - c a g e   in d u c ti o n   m o to rs  b a se d   o n   m icro - T   c ircu it   m o d e l , ”  Ace s J o u rn a l ,   v o l.   2 6 ,   n o .   7 ,   p p .   5 5 1 - 5 6 0 ,   2 0 1 1 .   [1 9 ]   L .   Qa s e e r,   e t  a l. ,   “ Clo se d - f o r m   a n a ly sis  o f   sq u irrel - c a g e   in d u c ti o n   m o to rs  w it h   a n iso tr o p ic  m o d e li n g   o f   sta to r  a n d   ro to r , ”  I EE E  T ra n s a c ti o n s   o n   E n e rg y   Co n v e rs io n ,   v o l.   2 7 ,   n o .   3 ,   p p .   5 5 3 - 5 6 0 ,   2 0 1 2 .   [2 0 ]   V .   V .   Ko rn e e v ,   “ De sig n   c o e ff ic ien ts  a n d   a d d e d   l o ss e s  o f   s y n c h ro n o u s  m a c h in e s  w it h   p e r m a n e n t  m a g n e ts   a n d   f ra c ti o n a l  to o th   w in d i n g s:  c a n d id a te' s  d is se rtatio n :  s p e c ialit y   0 5 . 0 9 . 0 1   ( in   Ru ss ian ) , ”   No v o sib irsk :  NST U,    p p .   1 - 1 4 4 ,   2 0 1 8 .   [2 1 ]   A .   I.   In k in ,   e t  a l. ,   “ T h e   c a lcu latio n   o f   tran sf o rm e r  in d u c ti o n   h e a ti n g   s y ste m   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tro te c h n ics ,   v o l.   1 1 ,   p p .   3 4 - 3 7 ,   2 0 0 0 .   [2 2 ]   F .   N.  S a ra p u lo v ,   e t  a l. ,   “ M a th e m a ti c   m o d e ls  o f  li n e a r  in d u c ti o n   m a c h in e s  o n   th e   b a sis  o f  e q u iv a l e n t  c ircu it s   2 n d   e d it io n   (i n   Ru ss ian ) , ”   Ye k a terin b u rg :  UG T U - UP I,   p p .   1 - 4 3 1 ,   2 0 0 5 .   [2 3 ]   L .   Qa se e r,   “ A n a l y sis  o f   d o u b le  a n d   si n g le  sid e d   i n d u c ti o n   h e a ti n g   sy st e m s  b y   la y e r  th e o ry   a p p ro a c h , ”   J o u rn a l  o f   e lec tro ma g n e ti c   a n a lys is a n d   a p p li c a ti o n s ,  v o l .   2 ,   no .   7 ,   p p .   4 0 3 - 4 1 0 ,   2 0 1 0 .   [2 4 ]   L .   Qa se e r,   “ M icro - T   c ircu it   m o d e l  f o r  d o u b le  a n d   sin g le  si d e d   in d u c ti o n   h e a ti n g   sy ste m s,”   Ap p li e d   c o m p u t a ti o n a l   e lec tro ma g n e ti c s so c i e ty j o u rn a l ,  v o l.   2 5 ,   no .   8 ,   p p .   7 1 3 - 7 2 1 ,   2 0 1 0 .   [2 5 ]   L .   Qa s e e r,   “ M icro - T   c ircu it   m o d e l  f o r  th e   a n a ly sis  o f   c y li n d rica l  in d u c ti o n   h e a ti n g   sy ste m s,”   IEE E  T ra n s a c ti o n s   o n   e n e rg y   c o n v e rs io n ,   v o l.   2 5 ,   no .   4 ,   p p .   1 0 2 1 - 1 0 2 7 ,  2 0 1 0 .   [2 6 ]   A .   V .   Blan c ,   “ El e c tro m a g n e ti c   f i e ld   a n d   e d d y   c u rre n ts  in   th e   m a n tl e   o f   th e   o re - s m e lt in g   f u rn a c e , ”   I OP  Co n f e re n c e   S e rie s: M a ter ia ls E n g in e e rin g ,   v o l.   5 6 0 ,   n o .   1 ,   20 19 ,   p p .   1 - 7.   [2 7 ]   A .   V .   Blan c ,   “ T h e   c a sc a d e   e q u iv a len t  A - H - c ircu it   o f   th e   in d u c ti o n   h e a ti n g   s y st e m   w it h   a   su p e rc o n d u c ti n g   in d u c to r   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tro tec h n ics ,   v o l.   2,   p p .   4 3 - 4 9 ,   2 0 2 0 .   [2 8 ]   A .   I.   In k in ,   “ T h e   a n a l y ti c a l  trea t m e n t  o f   m a g n e ti c   f ield   in   th e   a c ti v e   v o lu m e   o f   th e   e lec tri c   m a c h in e   w it h   p e r m a n e n t  m a g n e ts   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tricity ,   v o l.   5,   p p .   3 0 - 3 3 ,   1 9 7 9 .   [2 9 ]   A .   I.   In k in ,   “ A n a li t ica l  so lu ti o n   o f   m a g n e ti c   f i e ld ’s  e q u a ti o n s  i n   d i sc re te  stru c tu re s  o f   sa li e n t - p o le  e lec tri c   m a c h in e s   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tricity,  v o l.   8,   p p .   1 8 - 2 1 ,   1 9 7 9 .   [3 0 ]   A .   I.   In k in ,   “ T h e   m a th e m a ti c a l  f o rm u latio n   o f   m a g n e ti c   f ield   in   th e   v o lu m e s   o f   sa li e n t - p o le   t h e   e lec tr ic  m a c h in e s,”   El e c tricity   (in   Ru ss ian ) ,  v o l.   2,   p p .   3 0 - 3 5 ,   1 9 9 7 .   [3 1 ]   A .   V .   Blan c ,   “ T h e   a n a ly ti c a l  c a lcu latio n   o f   e x c it in g   f ield   o f   sy n c h ro n o u s  m a c h in e   o n   t h e   b a se   o f   th e   sin g le   p iec e w is e   c o n ti n u o u s  e ig e n f u n c ti o n   (i n   R u ss ian ) , ”   Co l lec ted   sc ien ti fi c   p a p e rs   o f   th e   N S T U,  v o l .   4 ,   n o .   3 8 ,   p p .   3 - 8 ,   2 0 0 4 .   [3 2 ]   A .   I.   In k in   a n d   A .   V .   Blan c ,   “ T h e   a p p ro x im a te  a n a l y ti c a l  c a lcu lat io n   o f   e x c it in g   f ield   o f   e lec tri c   m a c h in e s  o n   th e   b a se   o f   th e   p iec e w ise   c o n ti n u o u s  e ig e n f u n c ti o n   (i n   Ru ss ian ) , ”   El e c tricity,  v o l.   6,   p p .   5 2 - 5 6 ,   2 0 0 8 .   [3 3 ]   A .   V .   Blan c ,   “ T h e   A - H - e q u iv a le n t  c ircu it   o f   a   s y n c h ro n o u s  e lec tr ic  m a c h in e   w it h   tan g e n ti a l  p e rm a n e n t  m a g n e ts,”   Pro c e e d in g s  o f  th e   2 0 1 8   1 4 t h   in ter n a t io n a l  sc ien ti fi c - tec h n ica l   c o n fer e n c e   o n   a c tu a l  p r o b lem s  o f  e lec tro n ic   in stru me n t  e n g i n e e rin g   ( AP EIE - 4 4 8 9 4 ) ,   v o l.   1 ,  no.   5,   2 0 1 8 ,   p p .   6 2 - 65 .   [3 4 ]   A .   V .   Blan c ,   “ A   c a sc a d e   e q u iv a l e n t  A - H - c ircu it   o f   a   p e rm a n e n t  m a g n e t  e x c it e d   e lec tri c a l  m a c h in e   (in   Ru ss ian ) , ”   El e c tricity,  v o l.   1 0 ,   p p .   4 2 - 4 7 ,   2 0 1 9 .   [3 5 ]   A .   V .   Blan c ,   “ A   c a sc a d e   e q u iv a len t  A - H - c ircu it   o f   a   s y n c h ro n o u s  sa li e n t - p o le  e lec tri c   m a c h in e , ”   I OP  Co n f e re n c e   S e rie s: M a ter ia ls E n g in e e rin g ,   v o l.   5 6 0 ,   n o .   1 ,   2 0 1 9 ,  p p .   1 - 7 .   [3 6 ]   A .   Blan c ,   “ Ex c it in g   f i e ld   a n d   q u a d ra tu re - a x is  a r m a tu re   re a c ti o n   in   a   c a sc a d e   e q u iv a len t  A - H - c ir c u it   o f   a   sa li e n t - p o le  g e n e ra to r, ”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   1 0 ,   n o .   2 ,     p p .   1 6 7 4 - 1 6 8 1 ,   2 0 2 0 .       B I O G RAP H Y   O F   AUTHO R       Ale x e y   V a ler iev i c h   B la n c   w a s  b o rn   i n   1 9 7 1 .   He   re c e iv e d   th e   M a ste r' s  d e g r e e   in   M e c h a n ica l  &   E lec tri c a l   En g in e e rin g   ( in   1 9 9 9 )   a n d   th e   C a n d i d a te ’s  d e g re e   in   En g in e e rin g   (in   2 0 0 5 )  f ro m   th e   No v o sib irsk   S tate   T e c h n ica l  Un iv e rsity .   S in c e   2 0 0 5 ,   h e   is  th e   a ss o c iate   p ro f e ss o r  in   th e   D e p a rtme n t  o f   th e   T h e o re ti c a l   E lec tri c a l  E n g in e e ri n g   in   th e   No v o sib irsk   S tate   T e c h n ica l  Un iv e rsit y .   He   h a s  6 0   sc ien ti fic  p u b li c a ti o n s.  His  sc ien ti f ic  w o rk s   h a v e   to   d o   w it h   th e   e n g in e e rin g   e lec tro d y n a m ics   a n d   th e   h e a t - tran sf e r  th e o ry .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.