Załącznk n 3 Autoeeat* 1 Imę Nazwsko: Kzyszto udwnek 2 Posadane dyplomy stopne naukowe/atystyczne z podanem nazwy mejsca oku ch uzyskana. Dyplom magsta nżynea elektyka: Poltechnka Śwętokzyska - Kelce Wydzał Elektotechnk Automatyk specjalność: Automatyka Metologa Elektyczna 04.10.1991. Paca dyplomowa pt.: Klucz tanzystoowy do 3-azowego alownka w układze napędowym z slnkem pądu pzemennego. Pomoto: po. d hab. nż. Eugenusz Popławsk. Stopeń doktoa nauk techncznych w dyscyplne Elektotechnka: Poltechnka Śwętokzyska - Kelce Wydzał Elektotechnk Automatyk Elektonk 02.07.2002. Rozpawa doktoska pt.: Analza współpacy geneatoa synchoncznego z secą o napęcu odkształconym nesymetycznym z uwzględnenem zeczywstej stuktuy wnka. Pomoto: po. d hab. nż. Roman Nadolsk Recenzenc: po. d hab. nż. Kzyszto Kluszczyńsk po. d nż. Henyk Tuna po. d hab. nż. Kazmez Mkołajuk. 3 Inomacje o dotychczasowym zatudnenu w jednostkach naukowych: 2002- Poltechnka Śwętokzyska Wydzał Elektotechnk Automatyk Inomatyk Adunkt 1991-2002 Poltechnka Śwętokzyska Wydzał Elektotechnk Automatyk Inomatyk Asystent. 4 Wskazane osągnęca wynkającego z at. 16 ust. 2 ustawy z dna 14 maca 2003. o stopnach naukowych tytule naukowym oaz o stopnach tytule w zakese sztuk Dz. U. n 65 poz. 595 ze zm. w okese po uzyskanu stopna doktoa a tytuł osągnęca naukowego Analza badana wpływu kształtu napęca pądu wzbudzena w geneatoze synchoncznym wydatnobegunowym na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana pzy uwzględnenu układu steowana gwaantującego ochonę pzecwpoażenową Osągnęce naukowe obejmuje monogaę oaz cykl złożony z 6 publkacj powązanych tematyczne któych łączny Impact Facto wynos IF = 2053. * pzygotowany w opacu o wzó Centalnej Komsj do Spaw Stopn Tytułów
b Publkacje lub nne pace wchodzące w skład osągnęca naukowego po uzyskanu stopna doktoa Monogaa: [M1] udwnek K.: Wpływ kształtu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego Monogaa M75 Sea Elektyka Wydawnctwo Poltechnk Śwętokzyskej Kelce 2016 ISSN: 9788-3637 ISBN: 1897-2691 w któej pzedstawłem nowe nepublkowane dotąd zagadnena dotyczące analzy wpływu kształtu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego. Analza ta została zweykowana w lcznych badanach symulacyjnych ekspeymentalnych któych wynk były pzedmotem atykułów naukowych. Ponadto analza ta była pomocna pzy opacowanu zgłoszena wynalazku. Cykl złożony z 6 publkacj powązanych tematyczne: [1] udwnek K. Szczepank J. Sułowcz M.: Expemental Analyss o Assessng o the Tppng Eectveness o Mnatue Ccut Beakes n an Electcal Installaton Fed om a Synchonous Geneato Set. Electc Powe Systems Reseach Vol. 142 2017 pp. 341 350. ISSN 0378-7796 IF 1809 35 pkt. [2] udwnek K.: Pactcal applcaton o a lnea Hall eect senso n contactless measung o cuent tempoay values. Intenatonal Revew o Electcal Engneeng I.R.E.E. Vol. 8 No. 5 2013 pp. 1631-1640 ISSN 1827-6679 10 pkt. W chwl opublkowana w 2013. czasopsmo IREE było na lśce A wg MNSW poz. 4803-25 pkt. [3] udwnek K.: Measuement o momentay cuents by Hall lnea senso. Pzegląd Elektotechnczny Vol. 85 No. 10 2009 pp. 182-187 ISSN 0033-2097 6 pkt. [4] udwnek K.: Inluence o DC voltage and cuent o eld wndng on nduced stato voltages o a salent pole synchonous geneato. Intenatonal Revew o Electcal Engneeng IREE Vol. 9 No. 1 2014 pp. 62-72 ISSN 1827-6679 10 pkt. W chwl pzyjęca tego atykułu do duku w 2013. czasopsmo IREE było na lśce A wg MNSW poz. 4803-25 pkt. [5] udwnek K. udwnek P.: Sposób oaz układ steowana pądem wzbudzena geneatoów synchoncznych. Zgłoszene wynalazku A1 409790 2014-10-14 2 pkt. [6] udwnek K. Staszak J.: Possblty o gaphcal envonment applcatons o evaluatng o equvalent ccut paametes and tme constants Pzegląd Elektotechnczny. Vol. 87 No 12A. 2011 pp. 195-200 ISSN 0033-2097 IF 0244 15 pkt. 2
W pacy [1] poównano wpływ chwl włączena napęca azowego geneatoa synchoncznego w stane begu jałowego na czas utzymywana sę nebezpecznego napęca dotykowego w stane zwaca jednoazowego w zależnośc od odzaju watośc pądu znamonowego wyłącznków nstalacyjnych nadmaowo-pądowych z chaakteystykam B C. Na podstawe pzepowadzonych badań ekspeymentalnych w stane zwaca jednoazowego geneatoa synchoncznego o mocy 55 kva okeślono zakes stosowana wyłącznków nstalacyjnych nadmaowo-pądowych gwaantujących skuteczność zadzałana w czase ponżej 04 s tj. mogących jednocześne pełnć zabezpeczene od pzecążeń stanowących ochonę pzecwpoażenową. Dla pzypadków w któych wymagane jest obcążene geneatoa synchoncznego wększą mocą nż wynka to z dobanych wyłącznków nstalacyjnych nadmaowo-pądowych gwaantujących skuteczność zadzałana w czase ponżej 04 s opacowałem koncepcję badań pojektu wykonana nowatoskego układu steowana gwaantującego pewne odłączene sekcj w któej wystąpło zwace nezależne od odległośc zwaca od zacsków geneatoa synchoncznego. Mój udzał w atykule szacuję na 40%. Ważnym zagadanem budowanych układów steowana jest odpowedn poma napęć pądów. Dlatego do ealzacj tego celu do pomau chwlowych watośc napęć pądów postanowłem opacować własne ozwązana pzetwonków z dzenam eytowym któe można dobeać w szeokm zakese mezonych częstotlwośc napęć oaz pądów w zależnośc od potzeb od mlampeów do kloampeów. Badana symulacyjne ekspeymentalne oaz paktyczne zastosowane opacowanych ozwązań pzetwonków pzedstawłem w pacach [2 3]. Na baze opacowanych pzetwonków do pomau pądu zbudowałem pzetwonk do pomau napęca. W pacy [2] pzedstawłem pojekt układu oaz koncepcję bezdotykowego pomau watośc chwlowej pądu z wykozystanem lnowego czujnka Halla A3515UA. Na podstawe zależnośc na ndukcję pola magnetycznego wokół pzewodu okeślłem watość mezonego pądu w unkcj odległośc od pzewodu. Popawność pzepowadzonych ozważań potwedzłem na podstawe badań symulacyjnych w pogame do oblczeń ozkładu pola magnetycznego FEM w śodowsku Matlab/Smulnk oaz podczas badań ekspeymentalnych bezpośednego ozuchu slnka ndukcyjnego klatkowego o mocy 500 kw. Ponadto z wykozystanem układu TZW-4000A pzepowadzłem badana ekspeymentalne zapojektowanego zbudowanego układu do bezdotykowego pomau watośc chwlowej pądu w zakese 10 A - 1997 A. Na podstawe badań okeślłem óżnce występujące w pomaze pądu: bocznkem sondą A621 Tektonx zbudowanym układem do bezdotykowego pomau watośc chwlowej pądu. Zapoponowany w pacy układ szczególne nadaje sę do pomau pądów powyżej klkudzesęcu ampeów np. pądów zwacowych geneatoów synchoncznych pacujących w agegatach pądotwóczych. W pacy [3] pzedstawłem koncepcję dwóch ozwązań układów do pomau watośc chwlowej pądu z wykozystanem lnowego czujnka Halla A3515UA umeszczonym w szczelne powetznej dzena pacujące bez spzężena oaz ze spzężenem zwotnym. Dla czujnka Halla A3515UA umeszczonego w szczelne powetznej dzena okeślłem zależnośc łączące ndukcję pola magnetycznego lczbę zwojów uzwojena pomaowego 3
oaz watość mezonego pądu. W pacy pzedstawłem wynk badań ekspeymentalnych pomau kąta pzesunęca azowego pomędzy zeczywstym pzebegem pądu a pzebegam zaejestowanym popzez zbudowane pzetwonk pacujące bez spzężena oaz ze spzężenem zwotnym. Badana pzepowadzłem w zalecanym pzez poducenta zakese częstotlwośc pacy zastosowanego czujnka Halla A3515UA tj. 0-30 khz. Opócz pomau chwlowych watośc napęć pądów ważnym zagadanem dotyczącym pojektowanych budowanych układów steowana jest dobó odpowednego kształtu napęca pądu zaslającego obwód wzbudzena geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego. Badana symulacyjne ekspeymentalne wpływu kształtu napęca pądu zaslana obwód wzbudzena na kształt ndukowanych napęć w uzwojenach azowych stojana pzedstawono w pacy [4] natomast układ steowana pzedstawono w pacy [5] oaz w [M1]. W pacy [4] dla modelu geneatoa synchoncznego z wnkem bez klatk tłumącej z lnowym obwodem magnetycznym pzedstawłem poównane wpływu zaslana obwodu wzbudzena pzy U = const I = const na kształt ndukowanych napęć. W opacowanym modelu matematycznym pzy zaslanu obwodu wzbudzena U = const I = const wyodębnłem składnk odpowedzalne za napęca otacj tansomacj. Wykazałem kompensacyjny wpływ wyższych hamoncznych napęć tansomacj na napęca otacj. W pacy [5] pzedstawono koncepcję nowatoskego układu steowana pądem wzbudzena geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego któy umożlwa oganczane zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanym napęcu azowym uzwojena stojana. Mój wkład w zgłoszene wynalazku polegał: na opacowanu koncepcj steowana pojektu wykonanu układu steowana pądem wzbudzena oaz na opacowanu koncepcj modelowana matematycznego geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego uwzględnającego wpływ kształtu pądu wzbudzena na kształt ndukowanego napęca oaz na opacowanu metodyk badań symulacyjnych. Mój udzał w zgłoszenu wynalazku wynos 80%. Jednym z ważnych zagadneń zwązanych z modelowanem geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych jest okeślane paametów schematu zastępczego. W tym celu w pacy [6] pzedstawono nowe możlwośc wykozystana śodowska gacznego abvew do manualnego okeślana wzualzacj wpływu paametów obwodowych geneatoa synchoncznego na kształtowane chaakteystyk częstotlwoścowych oaz stałych czasowych. Mój wkład w powstane tej pacy polegał: na opacowanu koncepcj sposobu wykozystana śodowska gacznego abvew pzy zastosowanu któego możlwa jest dentykacja paametów schematu zastępczego modelu geneatoa synchoncznego na podstawe badań ekspeymentalnych polegających na wyznaczenu watośc mpedancj badanego geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego dla óżnych częstotlwośc napęca zaslana pzy użycu zapojektowano zbudowanego autoskego wzmacnacza mocy. Mój udzał w atykule szacuję na 50%. 4
c omówene celu naukowego pac osągnętych wynków waz z omówenem ch ewentualnego wykozystana c.1. Wpowadzene uzasadnające cel naukowy pac ewentualne ch wykozystane Układy steowana napęcem lub pądem w obwodach wzbudzena geneatoów synchoncznych dużej mocy pacujących w systeme elektoenegetycznym są pzedmotem lcznych publkacj. Jednak newele pac dotyczy steowana obwodem wzbudzena geneatoów synchoncznych pacujących autonomczne lub jako ezewowe źódło zaslana małej mocy do klkudzesęcu kva. Od źódeł zaslana obowązujące pzepsy PN-EN 60364-7-717:2010 PN-HD 60364-4-41:2009 wymagają aby w chwl uszkodzena zolacj podstawowej: była zapewnona ochona dodatkowa ochona pzy uszkodzenu był spełnony waunek dopuszczalnego czasu samoczynnego wyłączana zaslana uszkodzonego obwodu. Jeszcze mnej pac pzedstawa sposób steowana obwodem wzbudzena geneatoów synchoncznych pacujących autonomczne lub jako ezewowe źódło zaslana małej mocy oaz ch wpływ np. na: zawatość wyższych hamoncznych napęć ndukowanych w uzwojenach azowych stojana poblem steowana pądem lub napęcem wzbudzena tak aby oganczyć zawatość wyższych hamoncznych napęć pądów w uzwojenach stojana aby dopuszczalna zawatość wyższych hamoncznych ne została pzekoczona np. HVF 2% PN-EN 60034-1 poblem steowana napęcem lub pądem wzbudzena aby w chwl uszkodzena zolacj podstawowej była zapewnona ochona dodatkowa ochona pzy uszkodzenu. Tak węc nadzędnym zadanem budowanych pzeze mne układów było opacowane takego steowana któe opócz wpływu na zawatość wyższych hamoncznych ówneż w pzypadku uszkodzena zolacj maszyn uządzeń elektycznych ewentualnego pzezutu nebezpecznego napęca na obudowę zapewnałoby ochoną pzecwpoażenową opócz zabezpeczeń nadpądowych uządzeń RCD. Skuteczność ochony pzecwpoażenowej w tych układach polegała na wyłączenu zaslana uszkodzonej sekcj jeśl czas utzymywana sę nebezpecznego napęca na chononych obudowach pzekaczał 04 s maksymalny dopuszczalny czas wyłączana dla napęć azowych 230 V co jest newątplwe nowatoskm ozwązanem w tego typu układach steowana zaslana. Pewsze badana nad opacowanem układów zapewnających jak najmnejszą zawatość THDu w ndukowanych napęcach oaz jednocześne zapewnającym skuteczność ochony pzecwpoażenowej ealzowałem na synchoncznych agegatach pądotwóczych. Z pzepowadzonych badań z pacownkam Towazystwa Gospodak Enegetycznej Unwesytetu Pzyodnczego w ublne wynka że w pzypadku utaty zaslana z sec elektoenegetycznej pzejścu na zaslane z ezewowego źódła jakm najczęścej jest synchonczny agegat pądotwóczy w pzypadku zwać skuteczność zadzałana zabezpeczeń w badanych nstalacjach elektycznych jest pzypadkowa. Pzyczyny tego poblemu opsane są w pacy [1]. Podczas powadzonych badań okazało sę że ważnym zagadanem budowanych układów steowana jest odpowedn poma napęć pądów. Dlatego do ealzacj tego celu do pomau chwlowych watośc napęć pądów postanowłem opacować własne ozwązana pzetwonków z dzenam eytowym któe można by było dobeać w szeokm zakese mezonych częstotlwośc napęć oaz pądów w zależnośc od potzeb od mlampeów do kloampeów [2 3]. W wynku powadzonych badań nad 5
pzetwonkam do pomau napęć pądów opacowano nową konstukcję dzen eytowych w odnesenu do tadycyjnych eytowych któa umożlwa zmnejszene masy dzena oaz popawa ównomeność ozkładu pola magnetycznego w dzenu w szczelne powetznej zaówno w pzypadku pomau pądu stałego jak pądu pzemennego. Z pzepowadzonych badań ekspeymentalnych wynka że zaslane z ezewowego źódła tj. z synchoncznego agegatu pądotwóczego takch odbonków jak: komputey PC laptopy UPS-y kompaktowe lampy luoescencyjne óżnego typu spzęt AV tp. powoduje że w zależnośc od budowy geneatoa obecność klatk tłumącej skosu wnka odzaju uzwojena stojana sposobu zaslana obwodu wzbudzena pądy tych samych odbonków są mnej lub badzej odkształcone. Pądy odbonków posadają mnejszą zawatość wyższych hamoncznych jeśl ndukowane napęca azowe uzwojena stojana w stane begu jałowego są mnej odkształcone tzn. w któych jest mnejsza zawatość wyższych hamoncznych okeślanych współczynnkam np. THDu IHDu HVF tp.. Dośwadczena zdobyte w budowanu pogamowalnych układów steowana pzyczynły sę: do stwedzena że nawet dla tego samego geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego zmena sę kształt ndukowanych napęć jeśl zmena sę kształt napęć pądów zaslana obwód wzbudzena [4] do podjęca póby opacowana model matematycznych dla geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych któe uwzględnałyby ówneż wpływ kształtu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach azowych uzwojena stojana [4] do opacowana takego sposobu układu steowana któy umożlwa oganczene wybanych wyższych hamoncznych szczególne nższego zędu w ndukowanych napęcach azowych uzwojena stojana [5]. Nezawodność zaslana z jednoczesnym zapewnanem skutecznośc ochony pzecwpoażenowej oaz wymogam dotyczącym odpowednej jakośc ndukowanych napęć azowych powoduje że poblematyka dotycząca ezewowych źódeł zaslana opatych pzede wszystkm na synchoncznych agegatach pądotwóczych jest w obecnych czasach zagadnenem badzo ważnym aktualnym. Podejmując sę póby ozwązana powyższego zadana założyłem że modele matematyczne geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych pownny być opsane takm ównanam któe w zależnośc od óżnego kształtu napęca pądu zaslana obwód wzbudzena pozwolłyby w łatwy sposób uzyskać ozwązana kształtu ndukowanych napęć. Z pzepowadzonej w monoga [M1] analzy opsów model matematycznych geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych wynka że najbadzej do tej klasy zagadneń nadają sę te modele któych paamety okeślone są w natualnym układze os współzędnych tj. dla stojana paamety zwązane z osam współzędnych stojana natomast dla wnka paamety zwązane z osam współzędnych wnka. Jeśl w opse ndukcyjnośc własnych wzajemnych uzwojeń stojana uwzględn sę jedyne duge hamonczne to pzekształcene Paka powoduje że w układze os dq0 ndukcyjnośc własne ne zależą od położena wnka. Dlatego jeśl oblczena dotyczą tylko składowej podstawowej napęć pądów take modele geneatoów synchoncznych są powszechne stosowane. Uwzględnene w unkcjach ndukcyjnośc własnych wzajemnych uzwojeń azowych stojana tylko óżnych watośc dugch hamoncznych powoduje że w układze os dq0 ndukcyjnośc własne d q 0 nadal ne zależą od kąta położena wnka ale ndukcyjnośc wzajemne są już zależne od kąta położena wnka. Uwzględnene szeszego spektum wyższych hamoncznych w unkcjach ndukcyjnośc własnych wzajemnych uzwojeń azowych stojana powoduje że macez ndukcyjnośc w os współzędnych dq0 zależy od kąta położena wnka. Pzekształcene Paka pzy uwzględnenu szeszego 6
spektum wyższych hamoncznych ne elmnuje kąta położena wnka nawet dla model z lnowym obwodem magnetycznym wpowadza jedyne dodatkowe nepotzebne oblczena. Dlatego jeśl w unkcjach ndukcyjnośc uwzględnen sę wyższe hamonczne oblczena kształtu ndukowanych napęć w uzwojenach azowych stojana lub w pętach klatk tłumącej najlepej pzepowadza sę w ch natualnych układach współzędnych odnesena stojana wnka [M1 4]. W szczelne powetznej geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych ops analtyczny ozkładu stumena magnetycznego pomędzy stojanem wnkem jest badzo złożony. Dlatego do opsu unkcj ndukcyjnośc własnych wzajemnych w modelach geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych bez klatk tłumącej model A oaz z klatką tłumącą model B z obwodem magnetycznym lnowym nelnowym bez skosu oaz ze skosem wnka zastosowałem pogamy Flux 2D Skew oaz FEMM wykozystujące do oblczeń metody elementów skończonych. Pogamy te pzy geomet utwozonej na podstawe danych konstukcyjno-mateałowych umożlwają badzo dokładne oblczane ozkładu pola magnetycznego. Dzęk zastosowanu pogamów Flux 2D Skew oaz FEMM odwzoowane unkcj ndukcyjnośc własnych wzajemnych jake pzyjąłem w modelach A B jest badzo dokładne. Podejmując sę póby pzepowadzena analzy wpływu kształtu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana założyłem że model analtyczny geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego pownen zapewnć możlwe posty sposób ozwązana ównań pzy jednoczesnym badzo dobym odwzoowanu unkcj ndukcyjnośc własnych wzajemnych oaz ch pochodnych. W pzedstawonych w monoga [M1] modelach matematycznych geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych bez klatk oaz z klatką tłumącą bez skosu oaz ze skosem wnka dla lnowego nelnowego obwodu magnetycznego pacujących w stane begu jałowego uwzględnłem wpływ óżnego kształtu napęca pądu wzbudzena. Modele te w zależnośc od sposobu zaslana obwodu wzbudzena umożlwają okeślene kształtu ndukowanych napęć azowych w uzwojenu stojana oaz umożlwają oblczane zawatośc wyższych hamoncznych okeślanych współczynnkam np. THD IHD HVF tp. Opacowane modele matematyczne geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych pozwolły stwedzć że obwód wzbudzena można zaslać opócz U = const ówneż z dodatkową zawatoścą wyższych hamoncznych któe umożlwają znacząco obnżyć zawatość wyższych hamoncznych nższego zędu w ndukowanych napęcach azowych uzwojena stojana. Tak sposób zaslana obwodu wzbudzena pozwala szczególne oganczyć najbadzej znaczącą 3. hamonczną któą tudno jest oganczyć pzy klasycznym napęcowym lub pądowym zaslanu obwodu wzbudzena. Pzedstawone w monoga [M1] nomacje są ważne można je wykozystać podczas pojektowana geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych ze wzbudzenem elektomagnetycznym aby w ten sposób pzyczynć sę do uzyskana lepszego kształtu ndukowanych napęć. Ponadto zastosowane ozwązana układu steowana pzedstawonego w [1] któy spełnena waunek dopuszczalnego czasu samoczynnego wyłączana zaslana uszkodzonego obwodu nezależne od mejsca zwaca od zacsków geneatoa synchoncznego zapewna skuteczność ochony pzecwpoażenowej synchoncznych zespołów pądotwóczych jako ezewowych źódeł zaslana. W okese około 8 lat po doktoace opócz analzy zawatośc wyższych hamoncznych w napęcach pądach maszyn uządzeń elektycznych zajmowałem sę ówneż poblematyką dotyczącą konguacj pogamowanem układów steowana główne opatych na pzemysłowych modułowych lub kompaktowych steownkach PC. Budowane układy steowana stosowałem zaówno do maszyn elektycznych pądu pzemennego jak 7
stałego w tym ówneż z magnesam twałym. Opanowane technk konguacj pogamowana panel opeatoskch modułów komunkacyjnych steownków PC w połączenu z układam enegoelektoncznym pozwolło m zbudować autoske nowoczesne Komputeowe aboatoum Maszyn Elektycznych Systemów Mechatoncznych któego od początku powstana jestem keownkem. W tym laboatoum dzęk wykozystanu pogamów opacowanych w śodowsku gacznym abvew [6] oaz zapojektowanych zbudowanych pzetwonkach napęcowych pądowych [2 3] stneje możlwość śledzena kształtu napęć pądów mocy chwlowych badanych maszyn elektycznych z jednoczesną analzą zawatośc wyższych hamoncznych. c.2. Omówene metodycznych aspektów pac oaz osągnętych wynków W monoga pzedstawono wynk badań symulacyjnych ekspeymentalnych oaz analzę wpływu kształtu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego pacującego autonomczne w stane begu jałowego. Zakes badań obejmuje: opacowane model obwodowych geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego z obecnoścą klatk tłumącej model A bez obecnośc klatk tłumącej model B ze skosem bez skosu wnka oaz z uwzględnenem bez uwzględnena nelnowośc obwodu magnetycznego wyznaczene unkcj ndukcyjnośc własnych wzajemnych występujących w modelach A B na podstawe oblczeń ozkładu pola magnetycznego z wykozystanem metody elementów skończonych wyznaczene unkcj pochodnych ndukcyjnośc własnych wzajemnych w unkcj kąta położena wnka analzę zawatośc wyższych hamoncznych napęć ndukowanych w uzwojenach azowych stojana dla pzyjętych model w zależnośc od kształtu pądu napęca wzbudzena tj. pzy wymuszenu: I = const U = const oaz I = const uzyskanym popzez wpowadzene do obwodu wzbudzena dodatkowego napęca u d ze stablzowanego źódła napęca stałego U = const popzez postownk sześcopulsowy układ dwóch tansomatoów pądowego napęcowego połączonych szeegowo-ównolegle względem uzwojena stojana popzez autosk układ steowana umożlwający wzmocnene lub oganczene zawatośc wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana pzepowadzene badań ekspeymentalnych w zbudowanym stanowsku w skład któego wchodzą m. n. dwa geneatoy synchonczne z następującym wnkam: model A bez skosu wnka model B bez skosu ze skosem wnka. W modelowanu maszyn elektycznych dla wektoa pądów w uzwojenach stojana wnka oaz elektycznego kąta położena os podłużnej wnka względem neuchomej os azy a uzwojena stojana macezową omułę okeślającą unkcje pochodnych stumen skojazonych z uzwojenam stojana wnka można zapsać następująco: dψ d Ψ dψ d 1 dt dt d dt 8
Pzy czym dla pądu k płynącego w k-tym uzwojenu elementy macezy ndukcyjnośc Ψ d d dψ n k dynamcznych uzwojeń okeślone są jako n k k. dk Podczas opacowywana model matematycznych A B jednym z ważnych zagadneń jest sposób opsu unkcj ndukcyjnośc dynamcznych. Z uwag na złożoność obwodu magnetycznego geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego wynkającą m. n. z neównomenej szczelny powetznej oaz z neównomenego ozmeszczena obwodów klatk tłumącej sposób wyznaczana unkcj ndukcyjnośc dynamcznych wymaga pzyjęca dodatkowych założeń upaszających. Kluczowym uposzczenem oblczeń było pzyjęce założena że = któe oznacza że dla nelnowego obwodu magnetycznego ndukcyjnośc statyczne występujące we wzoze = są zwązane z ndukcyjnoścam dynamcznym zależnoścam któe tylko dla pojedynczego d uzwojena można zapsać w postszej postac. W pzedstawonej monoga pzyjęto że w pzypadku ustalonego stanu begu jałowego geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego z obwodam bez obwodów klatk tłumącej o stane nasycena obwodu magnetycznego decyduje pąd w uzwojenu wzbudzena. W pzypadku analzowanego geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego o mocy 55 kva z wnkem z obwodam klatk tłumącej założene take można pzyjąć gdyż wyższe hamonczne pądów w pętach klatk tłumącej ne pzekaczają watośc 2 A. Pądy te w poszczególnych pojedynczych pętach klatk tłumącej w poównanu do pądu płynącego w klkuset zwojowym uzwojenu wzbudzena mają pomjalne mały wpływ na stan nasycena obwodu magnetycznego. Pzy takm założenu dla analzowanych model geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego z obwodam bez obwodów klatk tłumącej pzyjęto że óżnca pomędzy ndukcyjnoścam statycznym dynamcznym uzwojeń będze zależała tylko od pądu wzbudzena. Dlatego dla stałej śednej watośc pądu wzbudzena begu jałowego wystaczające jest posługwane sę modelem kozystającym ze zlneayzowanej chaakteystyk magnesowana. Zastosowane zlneayzowanej chaakteystyk magnesowana powoduje że nelnowe ndukcyjnośc dynamczne statyczne stają sę ówne w zakese małych nasyceń pochodne stumen skojazonych mogą być oblczane na podstawe uposzczonej zależnośc dψ d 2 dt dt Zatem w pzedstawonych w monoga [M1] oblczenach w modelach geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego w mejsce unkcj ndukcyjnośc dynamcznych wystąpą statyczne nasycone unkcje ndukcyjnośc któe dla ustalonego pądu begu jałowego będą tylko zależne od elektycznego kąta położena wnka. W ozdzale dugm monoga [M1] dla ustalonego pądu begu jałowego unkcje ndukcyjnośc własnych wzajemnych dla wszystkch model zostały wyznaczone na podstawe oblczeń w pogamach Flux 2D Skew oaz FEMM bazujących na metodze elementów skończonych [4]. W monoga [M1] unkcje ndukcyjnośc własnych wzajemnych wyznaczono dla model geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego o danych znamonowych: S N = 55 kva U N = 400 V Y n N = 3000 ob/mn I N = 79 A cos N = 08 Q s = 24 lczba żłobków stojana w któych ułożone jest abyczne jednowastwowe uzwojene p b = 1 lczba pa begunów wnk: bez skosu oaz ze skosem wnka q = 15 ównym jednej podzałce żłobkowej stojana bez klatk tłumącej oaz z klatką tłumącą zaweającą 10 pętów alumnowych zwatych obustonne segmentam peścen. 9
Otzymane z pogamów Flux 2D Skew oaz FEMM unkcje ndukcyjnośc własnych wzajemnych powększono o oblczone w sposób analtyczny ndukcyjnośc połączeń czołowych. W ozdzale tzecm monoga [M1] pzedstawono wynk badań symulacyjnych dla model A B. W modelu A pzy stałej pędkośc wowana wnka analza zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach azowych u a u b u c jest możlwa popzez okeślene dwóch składnków [4]: a d ua a dt b d ub b 3 dt c d uc c dt Pewszy składnk w napęcach azowych 3 okeślony jest jako napęce otacj zależy od elektycznej pędkośc kątowej pochodnej unkcj ndukcyjnośc wzajemnych pomędzy dysketne ozłożonym uzwojenam azowym stojana a skuponym uzwojenem wzbudzena oaz watośc pądu wzbudzena. Dug składnk okeślony jest jako napęce tansomacj zależy od pochodnej pądu wzbudzena od unkcj ndukcyjnośc wzajemnych pomędzy uzwojenam azowym stojana a uzwojenem wzbudzena. W zależnoścach 3 kluczowym jest pzyjęce odpowednego kształtu pądu wzbudzena któy pzede wszystkm wynka z odzaju zastosowana źódła zaslana układu steowana. Od kształtu pądu wzbudzena zależy kształt pochodnej pądu wzbudzena: d u R 4 dt Jeśl w zależnośc 4 uwzględn sę wyższe hamonczne pzestzenne występujące w unkcj ndukcyjnośc wzbudzena oaz jeśl dokona sę stotnych pzekształceń to pochodna pądu wzbudzena okeślona jest jako: d n u R 1 nqs mvs nq s dt n 5 0 0 n1 0 Z zależnośc 3-5 wynkają badzo ważne wnosk: w ndukowanych napęcach 3 pochodna pądu wzbudzena 5 jest źódłem wyższych hamoncznych czasowych będących welokotnoścą nq s wpowadzanych pzez użłobkowane stajana Q s n jest lczbą natualną z ozważanych w monoga [M1] klasycznych kształtów napęć pądu zaslana obwód wzbudzena I = const U = const oaz I = const U = const oaz popzez postownk sześcopulsowy układ dwóch tansomatoów pądowego napęcowego najmnejszą zawatość wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach w pochodnej pądu wzbudzena uzyska sę popzez zastosowane zaslana U = const natomast najwększa zawatość wyższych hamoncznych występuje pzy I = const w pzypadku geneatoów synchoncznych o małej mocy do klkudzesęcu kva z uwag na małą długość szczelny powetznej dużą watość ndukcyjnośc własnej uzwojena wzbudzena włączene dodatkowej ndukcyjnośc w obwód wzbudzena jak to ma np. mejsce w układze z postownkem sześcopulsowym układem dwóch tansomatoów pądowego napęcowego będze powodować zmnejszene wpływu napęć tansomacj co spowoduje zwększene odkształcena ndukowanych napęć azowych 3 popzez wzost udzału wyższych hamoncznych w napęcach otacj 10
duże watośc ndukcyjnośc własnej uzwojena wzbudzena będą oganczać uzyskane szybszych zman pochodnej pądu wzbudzena oaz będą oganczać udzał napęć tansomacj w elacj oaz w pzecwaze do napęć otacj pzy stałej watośc ezystancj wzbudzena R = const zwększene wpływu napęć tansomacj 3 można uzyskać popzez szybsze zmany pochodnej pądu wzbudzena np. zwększając watość napęca zaslana u wpowadzając do obwodu wzbudzena układ enegoelektonczny z modulacją PWM tzw. układ AVR zaslane obwodu wzbudzena pzy u = va spowoduje że pochodna pądu wzbudzena będze źódłem ne tylko wyższych hamoncznych nq s ale ówneż hamoncznych wynkających ze sposobu zaslana u w pzypadku odpowedno ukształtowanego napęca zaslana u = va można uzyskać zwększene lub oganczene zawatośc wyższych hamoncznych w pochodnej pądu wzbudzena oaz w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana. Na podstawe pzepowadzonej analzy na pzykładze modelu A wynka że kształt pądu wzbudzena pochodna pądu wzbudzena ma znaczny wpływ na kształt ndukowanych napęć. Poneważ o składowej podstawowej napęca decyduje napęce otacj to wpływ obecnośc napęca tansomacj będącego w pzecwaze do napęca otacj będze wpływał na zmnejszene zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach pochodzących od napęć otacj. Póba wymuszena pądu stałego w obwodze wzbudzena będze zawsze skutkowała wzostem zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach w uzwojenach azowych stojana. Z analzy wynka że popzez odpowedn dobó kształtu pądu płynącego w obwodze wzbudzena stneje możlwość zwększana lub oganczana występowana wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach. Ten sposób steowana kształtem pądu w obwodze wzbudzena został pzedstawony w dalszej częśc ozdzału 3 na pzykładze napęca o odpowedno dobanej U mk - ampltudze k-tej hamoncznej aze w monoga [M1] ozważono wpływ ampltudy dugej hamoncznej U m2 azy = 0 u k U 0 U mk sn kt U 0 U mk sn k 6 W ten sposób uzyskuje sę nowe wyażene na pochodną pądu wzbudzena 5 któą można zapsać jako d dt U U sn k n 0 mk 1 vqs mvs nqs n 0 0 0 n1 0 R 7 Uwzględnene 7 w zależnośc 3 pozwala okeślć wpływ k-tej hamoncznej azy występujących w napęcu 6 na kształt ndukowanych napęć azowych uzwojena stojana. Z pzepowadzonej w monoga [M1] analzy wynka że: napęce u k zaslające obwód wzbudzena jest źódłem dodatkowych wyższych hamoncznych czasowych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana odpowedn dobó zędu hamoncznej czasowej k watośc ampltudy napęca U mk oaz azy umożlwa wpowadzene zman ampltud wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana jeśl w napęcu u k 6 kąt: = 0 ważny z punktu wdzena oganczana wyższych hamoncznych w napęcu u a = -2/3 ważny z punktu wdzena oganczana wyższych hamoncznych w napęcu u b lub = 2/3 ważny z punktu wdzena oganczana wyższych hamoncznych w napęcu u c to można wpowadzać do ndukowanych napęć azowych dodatkowe hamonczne któe pozwalają znacząco 11
oganczać udzał wybanej hamoncznej odpowedno w ndukowanych napęcach azowych u a u b lub w u c nomacja o napęcu u k kące może być szczególne pzydatna w pzypadku zaslana obwodu wzbudzena z układów AVR z modulacją PWM podczas zaslana odbonka jednoazowego z geneatoa synchoncznego jedno- lub tójazowego gdze najwększy udzał w odkształcanu napęć azowych ndukowanych w uzwojenach stojana mają hamonczne nższego zędu a szczególne 3. hamonczna [4]. Jak wykazano w monoga [M1] zaslane obwodu wzbudzena napęcem stałym z dodatkowo wpowadzonym napęcem zaweającym dugą hamonczną o ampltudze 280 V pozwala pawe na całkowte oganczene tzecej hamoncznej w ndukowanym napęcu. Podczas badań ekspeymentalnych uzyskano 39% watośc początkowej 3. hamoncznej pzy zachowanu takej samej ampltudy składowej podstawowej pzy jednoczesnym oganczenu 5. 7. hamoncznej. Dzęk tej metodze steowana uzyskano wymagany dla źódeł zaslana napęca pzemennego współczynnk HVF znaczne ponżej 2% PN-EN 60034-1. Należy podkeślć że uzyskane dla napęć azowych watośc HVF 2% ne jest możlwe w żadnym z nnych analzowanych w monoga [M1] klasycznych sposobów steowana pądem napęcem wzbudzena dla badanego geneatoa synchoncznego. Oganczene 3. hamoncznej do 39% watośc początkowej było możlwe pzy ampltudze 2. hamoncznej napęca U m2 = 280 V. Wydaje sę to zbyt duża watość napęca w odnesenu do składowej stałej U = 18 V. Jednak z pzepowadzonych badań ekspeymentalnych wynka że w pzypadku tego samego geneatoa synchoncznego o mocy 55 kva ale pzy zaslanu obwodu wzbudzena popzez abyczny układ AVR z PWM pzy dużej ndukcyjnośc własnej obwodu wzbudzena ok. 5 H aby uzyskać szybke zmany pądu napęce zaslana w tym obwodze wynos 450 V. Pzedstawony sposób steowana popzez wpowadzene do obwodu wzbudzena dodatkowej hamoncznej napęca u k w pzypadku jednoazowych geneatoów synchoncznych lub tójazowych geneatoów synchoncznych ale pacujących na jednoazowe obcążene ma newątplwe duże zalety. Jednak wadą ozważanej metody steowana napęcem jest akt że wpowadzene do obwodu wzbudzena dodatkowego napęca u k 6 w zależnośc od kąta pozwala na oganczene zawatośc wyższych hamoncznych tylko w jednym napęcu azowym uzwojena stojana. W monoga [M1] pzeanalzowany został ówneż często stosowany w agegatach pądotwóczych pzypadek zaslana obwodu wzbudzena popzez postownk sześcopulsowy układ dwóch tansomatoów pądowego napęcowego połączonych szeegowoównolegle względem uzwojena stojana geneatoa synchoncznego. Ten pzypadek zaslana obwodu wzbudzena jest o tyle cekawy że pommo tego ż całkowta zawatość wyższych hamoncznych w napęcu zaslana obwód wzbudzena wynos z pomaów THDu -pom = 172% oaz z symulacj THDu -pom = 1663% lczonego względem składowej stałej U 0 w obu pzypadkach pzy dużych stomoścach zmane keunku napęca zaslna to zawatość wyższych hamoncznych w napęcach azowych uzwojena stojana dla badanych model jest badzo podobna jak dla pzypadku zaslana U = const. Z pzepowadzonych badań wynka że napęcowy chaakte zaslana obwodu wzbudzena występowane nawet newelkch zman pądu wzbudzena ma wpływ na jej pochodną któa powoduje że udzał wyższych hamoncznych od napęć otacj jest oganczany pzez wpływ wyższych hamoncznych napęć tansomacj pzypadek U = const omawany już wcześnej. Dlatego agegaty pądotwócze z tym sposobem zaslana obwodu wzbudzena są chętne stosowane jako ezewowe źódło zaslana. Ponadto jak pzekonałem sę dośwadczalne układ dwóch tansomatoów pądowego napęcowego połączonych szeegowo-ównolegle względem uzwojena stojana geneatoa synchoncznego jest badzej 12
13 odpony na pzepęca pzetężena nż agegaty pądotwócze ze wzbudzenem zaslanym pzez układy AVR. Wnosk wynkające z pzepowadzonych badań symulacyjnych dla model geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego bez klatk tłumącej stały sę podstawą do dokonana analzy dla model z klatką tłumącą dla pzypadków U = const I = const. Zależnośc okeślające kształt ndukowanych napęć azowych w uzwojenach stojana oaz pochodnych pądów w obwodze wzbudzena w pętach klatk tłumącej z uwzględnenem wyższych hamoncznych pzestzennych w unkcjach ndukcyjnośc wzajemnych w ch pochodnych z uwag na ch złożony zaps podane są w pełnej ome w monoga [M1]. Ponżej dla model geneatoa synchoncznego z klatką tłumącą podano uposzczony zaps zależnośc okeślających ndukowane napęca azowe otacj u a-ot u b-ot u c-ot oaz tansomacj u a-tan u b- tan u c- tan k 1 c c c b b b a a a c-ot b-ot a-ot u u u k k k 1 1 1 8 k 1 d d c c c b b b a a a c-tan b-tan a-tan u u u t k k k 1 1 1 9 W wyażenach 8 9 k k k 1 1 1 c c c b b b a a a jest macezą ndukcyjnośc wzajemnych uzwojena stojana z uzwojenem wzbudzena z pętam klatk tłumącej. Ponadto = [ 1 k ] T jest wektoem pądu wzbudzena oaz pądów w k - pętach klatk tłumącej. Pochodna tej macezy okeślona jest jako R u 1 - d d t 10 gdze: e e ' ' 10 1 10 10 10 1 1 1 10 1 e jest macezą ndukcyjnośc wzajemnych uzwojena wzbudzena z 10. pętam klatk tłumącej powększonych o ndukcyjnośc ozposzeń połączeń czołowych uzwojena wzbudzena e oaz segmentów peścen ' e 10 1 R R R 0 0 0 0 0 0 R jest macezą ezystancj wzbudzena oaz 10 zastępczych pętów klatk tłumącej u jest wektoem napęć zaslana obwodu wzbudzena zwatych pętów klatk tłumącej u = [u u 1 u 10 ] T = [u 0 0] T. Zależność 10 otzymano popzez zastąpene klasycznego oczkowego sposobu modelowana obwodów tłumących najczęścej stosowany schematem elektycznym zastępczym któy utwozono popzez obustonne szeegowe spowadzane ezystancj
ndukcyjnośc epezentujących segmenty peścen do zastępczych pojedynczych az z pętam klatk tłumącej [M1]. Dla tak utwozonego modelu można np. w sposób badzo łatwy spawdzć obecność ndukowanych napęć w pojedynczych ozwatych pętach klatk tłumącej któe dla k = 0 wynoszą dψ k { } u k dt 11 Metoda elementów skończonych z wykozystanem pogamu FEMM do oblczeń ozkładu pola magnetycznego pozwala w sposób bezpośedn okeślć watość stumena spzęgnętego z k-tym pętem. W monoga [M1] ndukowane napęca w pojedynczych ozwatych pętach klatk tłumącej okeślłem na podstawe zależnośc w któej występują napęca otacj zwązane z pochodnym unkcj ndukcyjnośc wzajemnych uzwojena wzbudzena z pętam klatk tłumącej z pądem wzbudzena tansomacj zwązane z unkcjam ndukcyjnośc wzajemnych uzwojena wzbudzena z pętam klatk tłumącej z pochodnym pądu wzbudzena 1 d u 1 1 dt. 12 10 d u 10 10 dt Jeśl wymuszenem jest I = const to w ozwatych pętach klatk tłumącej będą ndukować sę tylko napęca otacj. Kształt napęć otacj będze wpost popocjonalny do kształtu pochodnych unkcj ndukcyjnośc wzajemnych pomędzy uzwojenem wzbudzena pętam klatk tłumącej. Wpowadzene do wnka Q = 10 pętów alumnowych klatk tłumącej dla obwodu magnetycznego lnowego nelnowego powoduje: zmnejszene watośc składowej stałej ndukcyjnośc własnych uzwojena wzbudzena odpowedno o 05% oaz 36% zmnejszene watośc ampltudy składowej podstawowej ndukcyjnośc wzajemnych uzwojeń azowych stojana wzbudzena odpowedno o 04% oaz 28% powstane hamoncznych żłobkowych wnka stanowących welokotność lczby mq 1 m jest lczbą całkowtą czyl mq 1 {9. 11. 19. 21. 29. 31. td} w unkcjach okeślających ndukcyjnośc: wzajemne uzwojeń stojana uzwojena wzbudzena uzwojeń stojana z pętam klatk tłumącej uzwojena wzbudzena z pętam klatk tłumącej oaz w pochodnych tych unkcj. Jeśl znane są składowe stałe unkcj ndukcyjnośc pętów klatk tłumącej leżące w os podłużnej wnka dla badanego geneatoa są to pęty 3 8 [M1] to można wypowadzć zależność któa pozwala okeślć składowe stałe unkcj ndukcyjnośc własnych k-tego pzestzenne położonego pęta klatk tłumącej jako 1 k cos k 0 3 0 1 13 0 cos K k s 0 gdze: k kąt elektyczny zawaty pomędzy osą k-tego pęta względem śodka wnka osą podłużną 0 początkowa długość szczelny powetznej w os podłużnej K s współczynnk nasycena. W badanych modelach w stane begu jałowego óżnca w zaslanu obwodu wzbudzena pzy U = const oaz I = const polega na zeowanu tylko pochodnej pądu wzbudzena jeśl I = const. Na skutek ndukowanych w pętach klatk tłumącej odkształconych napęć o hamoncznych zędu vq s pochodne pądów w pętach klatk tłumącej dla obwodu magnetycznego nelnowego o ampltudach ok. 1 A w pętach w os 14
podłużnej oaz ok. 2 A w pętach najbadzej oddalonych od os podłużnej osągają odpowedno watośc 8 ka/s 13 ka/s. Take watośc pochodnych pądów w pętach klatk tłumącej są wynkem dużych stomośc pądów hamoncznych zędu vq s. W pzypadku lnowego obwodu magnetycznego wyższe hamonczne pądów w pętach klatk tłumącej są 8 azy badzej tłumone co jest wynkem wększej pzenkalnośc obwodu magnetycznego lnowego w konsekwencj wększym watoścam ndukcyjnośc własnych pętów klatk tłumącej. Pzy czym najmnejsze watośc pądów występują w pętach klatk tłumącej dla modelu z lnowym obwodem magnetycznym ze skosem wnka. W pochodnych pądu wzbudzena w pochodnych pądów w pętach klatk tłumącej występuje ten sam ząd hamoncznych jak występuje w pądze wzbudzena dla model geneatoa synchoncznego bez klatk tłumącej. Jak już wspomnano omawając modele A pzy U = const od watośc pochodnej pądu wzbudzena zależy jej wpływ na zmnejszene zawatośc wyższych hamoncznych napęć ndukowanych w uzwojenach azowych stojana. Tak też będze w pzypadku model B. Jednak w pzypadku model B duży wpływ pochodnych pądów w pzestzenne ozłożonych pętach klatk tłumącej w nabegunnkach ma znaczne wększy wpływ na udzał napęć tansomacj co w konsekwencj będze dla tych model pzyczyną znacznego odkształcena napęć ndukowanych w uzwojenach azowych stojana. Jak wynka z pzepowadzonej analzy nomacja o wyboze sposobu steowana pądem lub napęcem w obwodze wzbudzena w odnesenu do zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach jest badzo ważna. Mając na uwadze śwadomy wybó układu steowana gwaantujący najmnejsze odkształcene ndukowanych napęć azowych w uzwojenu stojana geneatoa synchoncznego należy ówneż pamętać o badzo ważnej unkcj jaką pownen spełnć układ steowana a manowce pownen ówneż gwaantować ochonę pzecwpoażenową. W pzypadku gdy tadycyjne uządzena zabezpeczające RCD bezpecznk czy wyłącznk nstalacyjne nadpądowe zostaną źle dobane lub staną sę zawodne tzn. ne wyłączą uszkodzonego obwodu w wymaganym pzepsam dopuszczalnym czase podczas utzymywana sę nebezpeczno napęca dotykowego na chononych obudowach uzupełnenem nstalacj elektycznej zaslanej z geneatoa synchoncznego może być układ gwaantujący skuteczność ochony pzecwpoażenowej w postac układu steowana napęcem pądem wzbudzena lub zewnętznego układu steowana z oddzelne dobanym zabezpeczenam sekcyjnym [1]. Wynk badań ekspeymentalnych układu steowana dla zaslana nstalacj elektycznej z geneatoem synchoncznym wydatnobegunowym z zabezpeczenam typu wyłącznk nstalacyjne nadpądowe pzedstawono w pacy [1]. Z pzedstawonych badań ekspeymentalnych jednoznaczne wynka że zbudowany układ steowana w pzypadku wadlwe dobanych lub wadlwe dzałających uządzeń zabezpeczających gwaantuje skuteczność ochony pzecwpoażenowej nstalacj zaslanej z synchoncznych agegatów pądotwóczych nezależne od watośc pądu zwacowego mejsca zwaca [1]. Popawność pzedstawonych w monoga [M1] badań symulacyjnych model geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego została zweykowana ekspeymentalne dla następujących pzypadków zaslana obwodu wzbudzena: U = const zaslane ze stablzowanego źódła napęca stałego popzez postownk sześcopulsowy układ dwóch tansomatoów pądowego napęcowego połączonych szeegowo-ównolegle względem uzwojena stojana popzez autosk układ steowana któy umożlwa wzmocnene lub oganczene zawatośc wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana. Aby pzepowadzć badana ekspeymentalne zapojektowałem zbudowałem stanowsko badawcze w skład któego wchodzą dwa zestawy maszyn elektycznych 15
z geneatoam synchoncznym wydatnobegunowym o mocy 55 kva. Do tych zestawów zapojektowałem wykonałem wnk wydatnobegunowe bez skosu oaz ze skosem = 15 ówny jednej podzałce żłobkowej stojana bez klatk jak z klatką tłumącą umeszczoną w dwóch nabegunnkach w zamknętych żłobkach. Pzy czym klatka tłumąca składa sę z 10 pętów alumnowych zwatych obustonne segmentam peścen alumnowych. Dzęk specjalne zapojektowanym wnkom o wałach dłuższych nż abyczne zamontowanym dodatkowym dwóm zestawom po 5 peścen z każdej stony wału po zdjęcu peścen zweających stneje możlwość ejestacj ndukowanych napęć w pojedynczych pętach klatk tłumącej ze skosem bez skosu wnka. Z pzepowadzonych badań ekspeymentalnych jednoznaczne wynka że w pojedynczych pętach klatk tłumącej ndukują sę napęca okeślone zależnoścą 12. W stanowsku badawczym w obwodach stojana wnka zamontowano zapojektowane zbudowane dwa zestawy autoskch pzetwonków do pomau chwlowych watośc napęć oaz pądów w zakesach od mlampeów do kloampeów. Zbudowane zestawy pzetwonków Dodatek D.2 któe wchodzą w skład układu pomaowego oaz układu steowana kształtem napęca pądu wzbudzena opsane zostały w [2 3]. Ponadto w układze steowana napęcem pądem wzbudzena zastosowano zbudowane zestawy tójkanałowych ltów dolnopzepustowych Bessela 2. zędu szczegóły w Dodatku D.1 któe wykozystałem do pomau składowej podstawowej napęć ndukowanych w uzwojenach azowych stojana oaz do pomau składowej stałej pądu napęca wzbudzena. c.3. Podsumowane Monogaa [M1] pzedstawa wynk badań symulacyjnych ekspeymentalnych wpływu kształtu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego ze wzbudzenem elektomagnetycznym w ustalonym stane begu jałowego. W monoga [M1]: na podstawe danych konstukcyjno-mateałowych geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego o mocy 55 kva utwozono geometę obwodu magnetycznego stojana wnka w pogamach Flux 2D Skew oaz FEMM wyznaczono unkcje ndukcyjnośc własnych wzajemnych występujące w modelach obwodowych geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego z wnkem z obecnoścą bez obecnośc klatk tłumącej ze skosem bez skosu wnka oaz z uwzględnenem bez uwzględnena nelnowośc dzena opacowano model obwodowy geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego z wnkem z obecnoścą bez obecnośc klatk tłumącej ze skosem bez skosu wnka oaz z uwzględnenem bez uwzględnena nelnowośc dzena dla model z klatką tłumącą z lnowym nelnowym obwodem magnetycznym z uwzględnenem neównomenej długośc szczelny powetznej na podstawe znanej ndukcyjnośc pęta leżącego w os podłużnej okeślono zależnośc pozwalające na wyznaczene składowych stałych ndukcyjnośc własnych k-tego pęta tłumącego na podstawe opacowanych model obwodowych bez klatk tłumącej oaz z klatką tłumącą dokonano analzy wpływu kształtu pzebegu napęca pądu wzbudzena na zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana. Dla model obwodowych bez klatk tłumącej badana symulacyjne pzepowadzono dla następujących pzypadków: U = const I = const oaz U = const I = const pzy dodatkowo wpowadzonym do obwodu wzbudzena napęcu u d 16
pzy zaslanu obwodu wzbudzena popzez postownk szeegowo-ównoległy układ dwóch tansomatoów pądowego napęcowego względem uzwojeń stojana popzez autosk układ steowana któy po dopowadzenu do obwodu wzbudzena dodatkowego napęca umożlwa zmanę zawatośc wyższych hamoncznych w pochodnej pądu wzbudzena oaz w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana. Dla model obwodowych z klatką tłumącą badana symulacyjne pzepowadzono dla pzypadków U = const oaz I = const. do pzepowadzena weykacj ekspeymentalnej zbudowałem stanowsko badawcze w skład któego wchodzą dwa zestawy maszyn elektycznych z geneatoam synchoncznym wydatnobegunowym o mocy 55 kva napędzane slnkem pądu stałego slnkem ndukcyjnym zaslanym z alownka napęca. Do tych geneatoów synchoncznych o mocy 55 kva wykonałem tzy wnk zbudowane z blach elektotechncznych: bez skosu wnka bez klatk tłumącej bez skosu wnka z klatką tłumącą ze skosem wnka z klatką tłumącą. W monoga [M1] została pzedstawona metodologa wyznaczana zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach azowych geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego z uwzględnenem bez uwzględnena nelnowośc obwodu magnetycznego z wnkam: z obecnoścą bez obecnośc klatk tłumącej ze skosem bez skosu. W modelowanu geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego szczególną uwagę zwócono na dokładny ops unkcj ndukcyjnośc własnych wzajemnych oaz ch pochodnych. Z pzepowadzonych badań wynka że w analze zawatośc wyższych hamoncznych w ndukowanych napęcach azowych stojana badzo ważnym jest dokładne okeślene pądu wzbudzena któy popzez pochodną wpowadza wyższe hamonczne napęć tansomacj będące w pzecwaze do wyższych hamoncznych napęć otacj. Zjawsko to jest najbadzej wdoczne pzy poównanu zaslana obwodu wzbudzena pzy I = const U = const. Póba oganczana wpływu pochodnej pądu wzbudzena będze zawsze skutkowała: wzostem zawatośc wyższych hamoncznych pochodzących od napęć otacj a / b / c / w elacj do składowej podstawowej napęć azowych uzwojena stojana wzostem ndukowanego napęca w obwodze wzbudzena pochodzącego od napęć otacj / mogącego pzykładowo dla obwodu magnetycznego lnowego dla pądu znamonowego wzbudzena 47 A osągnąć watośc ok. 1 kv. Z pzedstawonych w monoga [M1] badań symulacyjnych ekspeymentalnych wynka że w pzypadku klasycznych sposobów zaslana obwodu wzbudzena: najmnejszą zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana mają geneatoy synchonczne wydatnobegunowe pacujące pzy U = const. Pzy czym geneatoy synchonczne wydatnobegunowe ze skosem wnka: bez obecnośc klatk tłumącej posadają THDu = 841% ekspeyment THDu= 737% symulacja natomast w pzypadku obecnośc klatk tłumącej odpowedno THDu = 829% ekspeyment THDu = 840% symulacja. najwększą zawatość wyższych hamoncznych w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana mają geneatoy synchonczne wydatnobegunowe bez skosu wnka z obecnoścą klatk tłumącej THDu = 1491% ekspeyment THDu = 1379% symulacja. 17
Wpowadzene zamknętych żłobków z klatką tłumącą w nabegunnkach tylko w pzypadku baku nasycena popawa ozkład pola magnetycznego w szczelne powetznej. Z pzepowadzonych badań wynka że powstające nasycene obwodu magnetycznego wnka powoduje że zamknęte żłobk z klatką tłumącą w nnejszej monoga lczba pętów klatk tłumącej Q = 10 po 5 na każdy nabegunnk obą sę początkowo częścowo otwate a pzy wzośce nasycena obą sę już całkowce otwate. W ndukowanych napęcach wdoczne jest to zwększonym watoścam hamoncznych żłobkowych wnka kq 111. 21. 49. 51. 71. tp. Wpowadzony skos wnka q = 15 ówny jednej podzałce żłobkowej stojana zastosowany do oganczana hamoncznych kq s 1 w znacznym stopnu ogancza ówneż hamonczne kq 1. Całkowte oganczene hamoncznych kq 1 uzyskano by gdyby skos wnka wynósł 18 jednak wpowadzene skosu wnka 18 wpłynęłoby na zwększene udzału hamoncznych kq s 1. Znaczna nesymeta obwodu magnetycznego wnka powoduje że geneatoy synchonczne wydatnobegunowe nawet dla obwodu magnetycznego lnowego mają znaczny udzał 3. hamoncznej a wpowadzene do obwodu wnka żłobków klatk tłumącej jeszcze badzej powoduje wzost udzału 3. hamoncznej. Ze względu na znaczny udzał 3. hamoncznej żaden z badanych model geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego pzy klasycznym zaslanu obwodu wzbudzena nawet pzy U = const oaz dla wnka ze skosem bez klatk tłumącej ne spełna wymogu stawanego źódłom napęca pzemennego aby HVF 2% nemożlwym jest ówneż bez oganczena wpływu 3. hamoncznej uzyskane THDu a ponżej 5%. Uzyskane watośc HVF 2% w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana stało sę dopeo możlwe popzez znaczne oganczene 3. hamoncznej. W monoga [M1] uzyskano HVF 2% na pzykładze napęca azowego u a popzez zaslane obwodu wzbudzena napęcem u = U 0 +U 2 sn2t+ pzy = 0 czyl napęcem zaweającym składową stałą 2. hamonczną. Wadą metody zaslana uzwojena wzbudzena u = U 0 +U 2 sn2t+ jest to ż ta metoda może być stosowana tylko do pacy jednoazowej tójazowych geneatoów synchoncznych lub geneatoów synchoncznych jednoazowych. Za najważnejsze osągnęca poznawcze oaz najbadzej stotne ezultaty wykonanych pac uważam: opacowane model matematycznych geneatoów synchoncznych wydatnobegunowych o óżnym pozome uszczegółowena paametów konstukcyjnych wnka bez klatk oaz z klatką tłumącą bez skosu oaz ze skosem wnka z uwzględnenem lnowośc nelnowośc obwodu magnetycznego opacowane metodolog analtycznego opsu modelowana kształtu ndukowanych napęć w uzwojenach azowych stojana geneatoa synchoncznego wydatnobegunowego w stane begu jałowego pzy óżnym kształce napęca pądu wzbudzena opacowane koncepcj okeślena unkcj ndukcyjnośc własnych wzajemnych oaz ch pochodnych w unkcj położena wnka oaz z uwzględnenem lnowośc nelnowośc obwodu magnetycznego opacowane koncepcj sposobu steowana oaz zbudowane układu steowana któy umożlwa zmanę zawatośc wyższych hamoncznych w pochodnej pądu wzbudzena oaz w napęcach ndukowanych w uzwojenach azowych stojana 18