ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI DWUPASMOWYCH SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH O RÓŻNYCH ROZWIĄZANIACH KONSTRUKCYJNYCH WIRNIKÓW



Podobne dokumenty
BADANIA WYSOKOOBROTOWEGO DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

ANALIZA KONSTRUKCJI TRÓJPASMOWEJ SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO 6/4 O NIESYMETRYCZNYM OBWODZIE STOJANA WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH

Studium rozwiązań konstrukcyjnych wysokoobrotowych silników reluktancyjnych przełączalnych

BADANIA LABORATORYJNE DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

DWUPASMOWY SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI WYSOKOOBROTOWEGO NAPĘDU Z DWUPASMOWYM SILNIKIEM RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

ANALIZA PORÓWNAWCZA RÓŻNYCH KONSTRUKCJI MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Analiza wybranych bezszczotkowych konstrukcji maszyn elektrycznych przeznaczonych do napędów wysokoobrotowych badania symulacyjne

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

STANY AWARYJNE MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

Wpływ grubości szczeliny powietrznej na charakterystyki statyczne silnika SRM

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

ANALIZA WPŁYWU KONFIGURACJI UZWOJEŃ BIEGUNÓW NA WŁAŚCIWOŚCI TRÓJPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

WPŁYW PARAMETRÓW MATERIAŁU MAGNETYCZNEGO NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Analiza wpływu klasycznych metod sterowania na zakres pracy ze stałą mocą czteropasmowego silnika reluktancyjnego przełączalnego 16/12

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO Z NIESYMETRYCZNYM OBWODEM MAGNETYCZNYM

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH DO NAPĘDÓW POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH

WPŁYW DANYCH NAWOJOWYCH NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO O BUDOWIE NIESYMETRYCZNEJ

WPŁYW ZMIAN KĄTA ZAŁĄCZENIA NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA BLDC NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

BADANIA SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO HYBRYDOWEGO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

PROJEKT SILNIKA PRĄDU STAŁEGO Z KOMUTACJĄ ELEKTRONICZNĄ PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA SYMULACYJNE MASZYNY RELUKTACYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

Studium zastosowania silników reluktancyjnych przełączalnych do napędów lekkich pojazdów elektrycznych

OGRANICZENIA PRACY SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZY ZALEŻNYM STEROWANIU PRĄDOWYM

ANALIZA ZWARĆ ZWOJOWYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

BADANIA SYMULACYJNE ZWARĆ ZWOJOWYCH W SILNIKU RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Studia i Materiały Nr

ANALIZA STANÓW DYNAMICZNYCH MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DLA LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

ANALIZA WPŁYWU SPRZĘŻEŃ MAGNETYCZNYCH NA CHARAKTERYSTYKI GENERATORA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

Badania drgań napędu z silnikiem reluktancyjnym przełączalnym z zastosowaniem analizy modalnej

BEZCZUJNIKOWA DETEKCJA KĄTA POŁOŻENIA NIERUCHOMEGO WIRNIKA SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

BADANIE SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO (SRM) CZĘŚĆ 1 POMIARY MOMENTU STATYCZNEGO

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

BADANIA LABORATORYJNE RELUKTANCYJNEJ MASZYNY PRZEŁĄCZALNEJ PRACUJĄCEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

MODELOWANIE MASZYNY SRM JAKO UKŁADU O ZMIENNYCH INDUKCYJNOŚCIACH PRZY UŻYCIU PROGRAMU PSpice

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

BADANIE SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO (SRM) CZĘŚĆ 2 PRACA DYNAMICZNA SILNIKA

Silniki skokowe - cz. 1: budowa i zasada działania

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

TECHNOLOGIA MONTAŻU MAGNESÓW TRWAŁYCH W WIRNIKU SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

WPŁYW EKSCENTRYCZNOŚCI STATYCZNEJ WIRNIKA I NIEJEDNAKOWEGO NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA POSTAĆ DEFORMACJI STOJANA W SILNIKU BLDC

METODA DIAGNOSTYKI USZKODZEŃ ELEKTRYCZNYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

TRÓJFAZOWE RELUKTANCYJNE SILNIKI PRZEŁĄCZALNE

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

PORÓWNANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO I JEDNOFAZOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI. BADANIA EKSPERYMENTALNE

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

ANALIZA CHARAKTERYSTYK TARCZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO WYKORZYSTUJĄCEGO RÓŻNE MATERIAŁY MAGNETYCZNE RDZENI STOJANA I WIRNIKA

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

Rdzeń stojana umieszcza się w kadłubie maszyny, natomiast rdzeń wirnika w maszynach małej mocy bezpośrednio na wale, a w dużych na piaście.

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

DWUKIERUNKOWY JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

MODEL MATEMATYCZNY PRZEŁĄCZALNEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO DO ANALIZY STANÓW DYNAMICZNYCH

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

MOMENT W SILNIKU RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM Z TOCZĄCYM SIĘ NIECYLINDRYCZNYM WIRNIKIEM.

Proceedings of XLI International Symposium on Electrical Machines SME 2005, June, Jarnołtówek, Poland

Wpływ kąta przesunięcia segmentów magnesów trwałych na parametry silnika BLDC małej mocy

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

SILNIK BEZSZCZOTKOWY O WIRNIKU KUBKOWYM

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

TECHNOLOGICZNE I EKSPLOATACYJNE SKUTKI ZMIAN KSZTAŁTU PRĘTA KLATKI SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY

TEMATY PRAC DYPLOMOWYCH do wyboru w wiosna 2017 r.

DOBÓR PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO ORAZ ICH WPŁYW NA CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE MOMENTU

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM

Silnik indukcyjny - historia

ANALIZA PRACY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W WARUNKACH ZAPADU NAPIĘCIA

ANALIZA PORÓWNAWCZA WYBRANYCH MODELI SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

MODEL SYMULACYJNY MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

IME Instytut Maszyn Elektrycznych

WYSOKOSPRAWNY JEDNOFAZOWY SILNIK LSPMSM O LICZBIE BIEGUNÓW 2p = 4 BADANIA EKSPERYMENTALNE

Transkrypt:

Zeszyty problemowe Maszyny Elektryczne Nr 100/2013 cz. I 55 Mariusz Korkosz Politechnika Rzeszowska ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI DWUPASMOWYCH SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH O RÓŻNYCH ROZWIĄZANIACH KONSTRUKCYJNYCH WIRNIKÓW THE PROPERTIES ANALYSIS OF TWO-PHASE SWITCHED RELUCTANCE MOTORS WITH VARIOUS ROTORS CONSTRUCTION STRESZCZENIE: W sprzęcie gospodarstwa domowego stosowany jest tradycyjnie silnik komutatorowy. Jest to niewątpliwie sprawdzone rozwiązanie i co najważniejsze stosunkowo tanie. Jednak w najbliższym czasie sytuacja może ulec znaczącej zmianie z uwagi na ograniczenia dotyczące dopuszczalnej mocy pobieranej z sieci zasilającej. Dotyczy to szczególnie napędów wysokoobrotowych, takich jak agregaty ssące. Rozwiązaniem alternatywnym są silniki z komutacją elektroniczną o znacznie wyższej sprawności. Jednym z takich silników jest silnik reluktancyjny przełączalny. W przypadku silników z komutacją elektroniczną częstotliwość komutacji jest ściśle związana z prędkością obrotową oraz liczbą biegunów wirnika. To sugeruje stosowanie możliwie najmniejszej liczby biegunów wirnika tj. 2. Koszt wykonania układu zasilającego zależy od liczby pasm silnika. Ograniczenie liczby pasm do wartości minimalnej pozwala zmniejszyć koszt układu zasilającego. W przypadku silnika reluktancyjnego przełączalnego wartość minimalną liczby pasm ogranicza problem rozruchu. W przypadku zastosowania liczby pasm równej 2 możliwy jest rozruch silnika z każdego położenia wirnika. W artykule zaprezentowano kilka rozwiązań konstrukcyjnych wirnika projektowanego silnika dwupasmowego. Badano wpływ różnych wirników na wypadkowe charakterystyki statyczne i ruchowe. Zamieszczono wnioski odnośnie poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych wirników. Abstract: In domestic appliances traditionally the universal motor is used. It is undoubtedly proven and relatively cheap solution. However, this situation may change in the near future, because of limitations concerning consumption of power from mains. It concerns particularly the high-speed drives such as suction unit. Motors with electronic commutation are alternative solution with considerably higher efficiency. One such solution is a switched reluctance motor. In case of motors with an electronic commutation, a frequency of commutation is closely connected with a speed and the number of rotor poles. This suggests usage of the smallest possible number of rotor poles, i.e. 2. A cost of a power system depends on number of motor phases. Limiting the number of phases to minimum helps to reduce the cost of power system. In switched reluctance motors the minimum number of phases is limited by the problem with start-up. In the case of use 2 phases the start-up is possible in all positions of rotor. In the paper various rotors constructions of two-phase motors are presented. An impact of different rotors on the static and dynamic characteristics are studied. Słowa kluczowe: silnik reluktancyjny przełączalny, dwufazowy, napęd wysokoobrotowy, konstrukcje wirnika Keywords: switched reluctance motor, two-phase drives, high- speed drives, asymmetrical stator, rotor constructions 1. Wstęp W wielu urządzeniach AGD stosowane są napędy wysokoobrotowe lub napędy o regulowanej prędkości obrotowej. Zaliczyć do nich można np. odkurzacze, pralki, roboty kuchenne, itp. W aplikacjach wysokoobrotowych (odkurzacze, roboty kuchenne) powszechnie stosuje się silniki komutatorowe. Są to maszyny które charakteryzują się stosunkowo niską sprawnością przetwarzania energii elektrycznej. Są one bardzo podatne na uszkodzenia i mało odporne na przeciążenia. Silniki komutatorowe są jednak chętnie stosowane z uwagi na niski wypadkowy koszt układu napędowego (silnik, układ energoelektroniczny). Przewidywane wprowadzenie ograniczenia w zakresie mocy pobieranej przez silniki elektryczne stosowane w sprzęcie AGD otwiera jednak możliwość aplikacji maszyn z komutacją elektroniczną. Jedną z maszyn możliwych do zastosowania w sprzęcie AGD jest silnik reluktancyjny przełączalny. Aby napęd oparty o silnik reluktancyjny przełączalny był możliwie jak najtańszy już na etapie projektowania należy przyjąć rozwiązania ograniczające potencjalne koszty. Na przykładzie napędu wysokoobrotowego jakim jest niewątpliwie

r56 Zeszyty problemowe Maszyny Elektryczne Nr 100/2013 cz. I agregat ssący zostanie pokazana możliwość zastosowania silnika reluktancyjnego przełączalnego. Ograniczanie kosztów wykonania układu napędowego wymusza stosowanie silnika z możliwie minimalną liczbą pasm silnika m. W przypadku napędu gdzie wymagana jest prędkość robocza dochodząca do 50000 obr/min oraz mocy na wale nie mniejszej niż 700W minimalną liczbę pasm m można ograniczyć do wartości nie mniejszej niż 2. Jednak konstrukcje dwupasmowe silnika reluktancyjnego przełączalnego o budowie symetrycznej nie wytwarzają momentu rozruchowego z każdego położenia wirnika. Napęd agregatu ssącego jest przykładem aplikacji gdzie wymagana jest stosunkowo niewielka wartość momentu rozruchowego. To dopuszcza możliwość zastosowania procedury startowej silnika dwupasmowego o budowie symetrycznej opisanej w [1]. Rozwiązaniem alternatywnym jest zastosowanie celowej deformacji wirnika dla uzyskania momentu rozruchowego z każdego położenia wirnika [2-3]. W niniejszej pracy zostały przeanalizowane różne warianty konstrukcyjne wirników. Zostały wyznaczone charakterystyki statyczne dla poszczególnych wariantów konstrukcyjnych wirników. Dla wybranych przypadków zostały wyznaczone charakterystyki ruchowe. Dokonano porównania wpływu poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych na charakterystyki i właściwości silnika reluktancyjnego przełączalnego. W warunkach laboratoryjnych wyznaczono przykładowe zależności momentu elektromagnetycznego w funkcji położenia wirnika dla dwóch wybranych konstrukcji wirnika silnika dwupasmowego. Zamieszczono wnioski dotyczące poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych wirników. 2. Rozwiązania konstrukcyjne wirników Napęd wysokoobrotowy wymaga nieco innego podejścia do problemu doboru liczby biegunów wirnika N r. Częstotliwość przełączeń f k uzwojeń stojana zależy od liczby biegunów wirnika. Zastosowanie jednej pary biegunów wirnika (N r =2) pozwala maksymalnie ograniczyć częstotliwość przełączeń f k uzwojeń stojana. Częstotliwość przełączeń f k wpływa na straty w żelazie silnika. Zastosowanie minimalnej liczby biegunów N r =2 wirnika pozwala ograniczyć w sposób konstrukcyjny straty w żelazie. Konstrukcje wirników można podzielić na pięć kategorii [1-3]: symetryczne, symetryczne ze skokową szczeliną powietrzną, niesymetryczne z pojedynczą skokową szczeliną powietrzną, niesymetryczne z k skokową szczeliną powietrzną, niesymetryczne z profilowaną szczeliną powietrzną. Wirniki o konstrukcji symetrycznej oraz symetrycznej z skokową szczeliną powietrzną wymagają stosowania procedury startowej opisanej w [1]. Konstrukcje niesymetryczne nie wymagają już stosowania zaawansowanej procedury startowej. Wybrane rozwiązania konstrukcyjne wirników pokazano na rysunku 1. b 2a)b) r rc) d) 1 rr1 r2 rrrys.1. Wybrane rozwiązania konstrukcyjne wirników a) symetryczny, b) symetryczny ze skokową szczeliną powietrzną, c) niesymetryczny ze skokową szczeliną powietrzną, d) niesymetryczny z podwójną skokową szczeliną powietrzną Stojan silnika dwupasmowego projektowanego do napędu wysokoobrotowego pokazano na rysunku 2. Rys.2. Widok stojana silnika projektowanego do napędu wysokoobrotowego Stojan silnika został przewidziany do zamontowania z wykorzystaniem seryjnych r3 b b2 r2 1 rb1

Zeszyty problemowe Maszyny Elektryczne Nr 100/2013 cz. I 57 tarcz łożyskowych. Na rysunku widoczne są otwory montażowe tarcz łożyskowych. W pracy zostały zamieszczone wyniki badań symulacyjnych na podstawie których zostało wytypowanych kilka konstrukcji do dalszych badań [4]. Poszczególne wirniki będą oznaczone jako: I - konstrukcja symetryczna (rys.1a) z kątem bieguna wirnika r =45⁰, II - konstrukcja symetryczna (rys.1a) z kątem bieguna wirnika r =60⁰, III - konstrukcja symetryczna ze skokową szczeliną powietrzną (rys.1b) z kątem bieguna wirnika r1 =45⁰, r2 =12⁰ oraz parametrem b=0.15mm, IV - konstrukcja symetryczna ze skokową szczeliną powietrzną (rys.1b) z kątem bieguna wirnika r =45⁰, r2 =16⁰ oraz parametrem b=0.15mm, V - konstrukcja niesymetryczna symetryczna ze skokową szczeliną powietrzną (rys.1b) z kątem bieguna wirnika r1 =45⁰, r2 =45⁰ oraz parametrem b=0.15mm. 3. Badania symulacyjne - wyznaczanie charakterystyk statycznych Obliczenia symulacyjne przeprowadzono z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Na bazie modelu polowego została przeprowadzona analiza właściwości poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych wirników w odniesieniu do charakterystyk statycznych silnika. Wszystkie zamieszczone charakterystyki statyczne wyznaczano przy prądzie pasma I zmienianym w zakresie (0.5 8)A ze skokiem co 0.5A. W trakcie obliczeń położenie wirnika zmieniano w zależności rodzaju konstrukcji wirnika od położenia niewspółosiowego (umowne 0 ) do położenia współosiowego (90 ) w przypadku rozwiązań symetrycznych (rys.1a-1b) lub do następnego położenia niewspółosiowego (180 ) dla rozwiązań niesymetrycznych (rys.1c). Na rysunku 3 pokazano zależności momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta położenia wirnika przy prądzie pasma I=4A wszystkich analizowanych konstrukcji wirników. Rys.3 Zależności momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta położenia wirnika przy prądzie pasma I=4A wszystkich analizowanych konstrukcji wirników Z obliczonych momentowych charakterystyk statycznych zostały wyznaczone wartości średnie wytwarzanego momentu elektromagnetycznego T eav poszczególnych rozwiązań. Zależności średniego momentu elektromagnetycznego T eav poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych wirników w funkcji prądu pasma I pokazano na rysunku 4. Rys.4. Zależności wartości średniej momentu elektromagnetycznego T eav w funkcji prądu pasma I wszystkich analizowanych konstrukcji wirników Rodzaj zastosowanej konstrukcji wirnika ma stosunkowo niewielki wpływ na wartość średnią momentu elektromagnetycznego T eav wyznaczaną z momentowych charakterystyk statycznych. Zależność indukcyjności własnej L ph w funkcji kąta położenia wirnika przy prądzie pasma I=4A wszystkich analizowanych konstrukcji wirników pokazano na rysunku 5. Rys.5. Zależności indukcyjności własnej L ph w funkcji kąta położenia wirnika przy prądzie

58 Zeszyty problemowe Maszyny Elektryczne Nr 100/2013 cz. I pasma I=4A wszystkich analizowanych konstrukcji wirników 4. Badania symulacyjne - wyznaczanie prądów i momentu elektromagnetycznego Od projektowanego silnika wymaga się pracy z prędkością obrotową n=45000 obr/min oraz mocą na wale nie mniejszą niż 700W. Na bazie modelu polowo-obwodowego zostały wyznaczone wartości prądów oraz momentu elektromagnetycznego w projektowanym punkcie pracy silnika. Kąty sterowania zostały tak dobrane, aby uzyskać wymaganą moc na wale. W układzie zasilania zamodelowano klasyczny półmostek typu H. Na rysunkach 6-8 pokazano zależności prądu źródła I dc (rys.6), prądu pasma I ph (rys.7) oraz momentu elektromagnetycznego T e (rys.8) w funkcji kąta położenia wirnika przy prędkości n=45000 obr/min dla poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych wirników. W tabeli 1 dokonano zestawienia parametrów silnika w projektowanym punkcie pracy dla badanych konstrukcji wirników. Rys.8 Zależności momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta położenia wirnika przy prędkości n=45000 obr/min dla badanych wirników Tabela 1 Zestawienie wybranych parametrów silnika w projektowanym punkcie pracy dla badanych konstrukcji wirników I II III IV V on [ ] -2-9 -11-15 -22 off [ ] 67 55 70 70 68 T eav [Nm] 0,206 0,206 0,213 0,216 0,222 I dcav [A] 3,36 3,34 3,43 3,48 3,62 I phrms [A] 3,74 4,19 3,81 3,85 3,89 P cu [W] 45,3 56,9 47 48 49 Rys.6. Zależności prądu źródła zasilającego I dc w funkcji kąta położenia wirnika przy prędkości n=45000 obr/min dla badanych wirników P Fe [W] 161,4 154 186,4 196,6 205,5 P mech [W] 109 109 109 109 109 P out [W] 700,2 707 707,3 712,2 730,6 P 1 [W] 1041,6 1035,4 1063,3 1078,8 1122,2 [%] 67,2 68,3 66,3 66 65,1 Rys.7. Zależności prądu wybranego pasma I ph w funkcji kąta położenia wirnika przy prędkości n=45000 obr/min dla badanych wirników Najwyższą sprawność uzyskano w przypadku wirnika symetrycznego oznaczonego jako II. Wprowadzanie dodatkowej szczeliny powietrznej zarówno w konstrukcji

Zeszyty problemowe Maszyny Elektryczne Nr 100/2013 cz. I 59 symetrycznej czy też niesymetrycznej powoduje zmniejszanie sprawności wypadkowej przy jednoczesnym zmniejszeniu tętnień momentu elektromagnetycznego 5. Model fizyczny silnika oraz wybrane wyniki badań laboratoryjnych Zaprojektowany stojan silnika dwupasmowego 4/2 z różnymi rozwiązaniami wirników został wykonany praktycznie. Na rysunku 9 pokazano pakiet blach stojana z wirnikami. Złożony prototyp zaprojektowanego silnika pokazano na rysunku 10. statycznych. Badania statyczne są znacznie bardziej niekorzystne z punktu widzenia termicznego z uwagi na brak chłodzenia uzwojenia. W praktycznej aplikacji zasysane przez turbinę agregatu powietrze przepływa wzdłuż pakietu stojana i wirnika powodując intensywne schładzanie uzwojeń silnika. W warunkach laboratoryjnych przy zdemontowanej turbinie i praktycznie nieruchomym wirniku należało znacząco ograniczyć wartość płynącego prądu. Rys.9. Widok pakietu stojana z różnymi wersjami wirnikami Rys.11. Widok stanowiska do wyznaczania charakterystyk statycznych Na rysunkach 12-13 pokazano zależności momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta położenia wirnika dla wirników oznaczonych jako I (rys.12) i V (rys.13) przy prądzie pasma 5A uzyskane w warunkach laboratoryjnych oraz symulacyjnych. Rys.10. Widok prototypu zaprojektowanego silnika reluktancyjnego przełączalnego 4/2 przeznaczonego do napędu agregatu ssącego W warunkach laboratoryjnych wyznaczono momentowe charakterystyki statyczne. Stanowisko do wyznaczania charakterystyk statycznych pokazano na rysunku 11. W uzwojeniach silnika oraz rdzeniu stojana zostały zamontowane termopary typu K. Pozwala to kontrolować temperaturę aktualnie zasilanego uzwojenia w trakcie badań Rys.12. Zależności momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta położenia wirnika dla wirnika I przy prądzie pasma 5A uzyskane w warunkach laboratoryjnych oraz symulacyjnych

60 Zeszyty problemowe Maszyny Elektryczne Nr 100/2013 cz. I Rys.13. Zależności momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta położenia wirnika dla wirnika V przy prądzie pasma 5A uzyskane w warunkach laboratoryjnych oraz symulacyjnych Wyznaczone w warunkach laboratoryjnych zależności momentu elektromagnetycznego dwupasmowego silnika reluktancyjnego przełączalnego należy uznać za zbliżone do tych uzyskanych w warunkach symulacyjnych. To pozwala przypuszczać, że wyznaczone parametry eksploatacyjne silnika zamieszczone w Tabeli I będą możliwe do uzyskania w warunkach laboratoryjnych. 6. Wnioski Przeprowadzona analiza różnych rozwiązań konstrukcyjnych wirników przeznaczonych do wysokoobrotowego silnika dwupasmowego pozwala wyciągnąć następujące wnioski: kształt zastosowanego wirnika ma wpływ na przyjętą strategię rozruchu, wirniki o budowie symetrycznej wymagają zastosowania specjalnej procedury startowej, zastosowanie wirnika o budowie niesymetrycznej ułatwia rozruch silnika, zastosowanie dodatkowej szczeliny powietrznej w rozwiązaniu o budowie symetrycznej zmniejsza strefę martwą silnika (brak momentu elektromagnetycznego), zastosowanie skokowej szczeliny powietrznej w rozwiązaniu o budowie niesymetrycznej umożliwia eliminację strefy martwej silnika, zastosowanie dodatkowej szczeliny powietrznej prowadzi do redukcji sprawności wypadkowej, parametry sterowania zależą od rodzaju wirnika przy identycznych danych nawojowych oraz kształcie obwodu magnetycznego stojana. Dalsze prace będą polegały na wyznaczaniu rodziny charakterystyk statycznych oraz ruchowych silnika dla poszczególnych wykonanych wirników. 7. Literatura [1] Hamdy R., Fletcher J.E., Williams B.W.: Bidirectional starting of a symmetry two-phase switched reluctance machine, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 15, No. 2, 2000, pp.211-217. [2] Khater M.M., Afifi W.A., Ei-Khazendar M.A.: Operating performances of a two-phase switched reluctance motor, 11-th International Power Systems Conference, MEPCON 2006, Vol. 2, pp. 636-642. [3] Wróbel K., Tomczewski K.: Jednoczesna optymalizacja kształtu obwodu magnetycznego i parametrów zasilania przełączalnego silnika reluktancyjnego, Przegląd Elektrotechniczny, 2009 R 85, Nr 3, 2009, s. 107-110. [4] Bogusz P., Korkosz M., Prokop J.: Analiza rozwiązań konstrukcyjnych silników reluktancyjnych przełączalnych przeznaczonych do napędów wysokoobrotowych, Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 1/2012 (94), str. 25-31. Autor dr inż. Mariusz Korkosz, mkosz@prz.edu.pl Politechnika Rzeszowska ul. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów Wydział Elektrotechniki i Informatyki Informacje dodatkowe Praca wykona w ramach projektu badawczego NN511 312 440 Badania przeprowadzono z aparatury zakupionej w wyniku realizacji Projektu nr POPW.01.03.00-18- 012/09 "Rozbudowa infrastruktury naukowobadawczej Politechniki Rzeszowskiej" współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Rozwój Polski Wschodniej 2007-2013, Priorytet I. Nowoczesna Gospodarka, Działanie 1.3 Wspieranie innowacji. Aparatura wykorzystana do przeprowadzenia badań została zakupiona w wyniku realizacji Projektu Budowa, rozbudowa i modernizacja bazy naukowo-badawczej Politechniki Rzeszowskiej współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2007-2013, Priorytet I. Konkurencyjna i Innowacyjna Gospodarka, Działanie 1.3 Regionalny system innowacji. Recenzent Prof. dr hab. inż. Mariusz Jagieła