OBLICZANIE SPRAWNOŚCI SILNIKA INDUKCYJNEGO METODĄ OBWODOWO-POLOWĄ

Podobne dokumenty
WPŁYW SZEROKOŚCI OTWARCIA ŻŁOBKÓW NA STATYCZNE I DYNAMICZNE CHARAKTERYSTYKI SILNIKA INDUKCYJNEGO MAŁEJ MOCY

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

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

ZWARCIE POMIAROWE JAKO METODA WYKRYWANIA USZKODZEŃ KLATKI WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

WERYFIKACJA EKSPERYMENTALNA OBWODOWO POLOWEGO MODELU SILNIKA INDUKCYJNEGO

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

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

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

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

WPŁYW SZEROKOŚCI OTWARCIA ŻŁOBKÓW NA PARAMETRY EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO MAŁEJ MOCY

MOMENT ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

GĘSTOŚĆ PRĄDU W PRĘTACH USZKODZONEJ KLATKI WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

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

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

WYZNACZANIE STRAT MOCY W RDZENIU MAGNETYCZNYM MIKROSILNIKÓW INDUKCYJNYCH

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

POLOWO-OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

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

WPŁYW KSZTAŁTU SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WZBUDZANEGO MAGNESAMI TRWAŁYMI

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

DWUKIERUNKOWY JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

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

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

WPŁYW ROZMIESZCZENIA MAGNESÓW NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPOATACYJNE SILNIKA TYPU LSPMSM

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

ŁAGODNA SYNCHRONIZACJA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY Z PRĘDKOŚCI NADSYNCHRONICZNEJ

TRÓJWYMIAROWA ANALIZA POLA MAGNETYCZNEGO W KOMUTATOROWYM SILNIKU PRĄDU STAŁEGO

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

ZASTOSOWANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW ELEKTROMAGNETYCZNYCH SILNIKA PMSM

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie transformatora jednofazowego

BADANIE STABILNOŚCI TURBOGENERATORA PRZY ZMIANACH OBCIĄśENIA

MODELOWANIE SAMOWZBUDNYCH PRĄDNIC INDUKCYJNYCH

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

WSPÓŁCZYNNIK MOCY I SPRAWNOŚĆ INDUKCYJNYCH SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH W WARUNKACH PRACY OPTYMALNEJ

DRGANIA ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYCH SILNIKACH SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY

WPŁYW PARAMETRÓW UKŁADU NAPĘDOWEGO NA SKUTECZNOŚĆ SYNCHRONIZACJI SILNIKA DWUBIEGOWEGO

JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI. KONSTRUKCJA I PARAMETRY

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

NOWA SERIA WYSOKOSPRAWNYCH DWUBIEGUNOWYCH GENERATORÓW SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Projekt silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

ANALIZA PORÓWNAWCZA WYBRANYCH MODELI SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

SILNIK BEZSZCZOTKOWY O WIRNIKU KUBKOWYM

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO

WYZNACZANIE DRGAŃ WŁASNYCH KONSTRUKCJI DWUBIEGOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO SYNCHRONIZOWANEGO MOMENTEM RELUKTANCYJNYM

ZJAWISKA CIEPLNE W MODELU MASZYNY SYNCHRONICZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

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

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Badanie trójfazowych maszyn indukcyjnych: silnik klatkowy, silnik pierścieniowy

SKŁADOWA PRZECIWNA PRĄDU STOJANA TURBOGENERATORA

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

MAGNETOELEKTRYCZNY SILNIK MAŁEJ MOCY Z KOMPAKTOWYM WIRNIKIEM HYBRYDOWYM I Z ROZRUCHEM SYNCHRONICZNYM

MODEL POLOWO-OBWODOWY SILNIKA INDUKCYJNEGO ZE ZWARCIAMI ZWOJOWYMI

MODELOWANIE KONSTRUKCJI MIKROSILNIKA ZE ZWOJEM ZWARTYM NA PODSTAWIE ANALIZY POLOWEJ

MODELOWANIE UKŁADU REGULACJI MOCY CZYNNEJ TURBOGENERATORA

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE WYSOKOOBROTOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH MAŁEJ MOCY

ZAGADNIENIA STANÓW DYNAMICZNYCH TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH W WYBRANYCH NIESYMETRYCZNYCH UKŁADACH POŁĄCZEŃ

SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH PRZEZ STEROWANIE PRĄDEM WZBUDZENIA

Modelowanie samowzbudnych prądnic indukcyjnych

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

OPTYMALIZACJA MASZYNY TARCZOWEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI Z WYKORZYSTANIEM METOD POLOWYCH

MODELOWANIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH Z ELEMENTAMI NIESYMETRII

BADANIA PORÓWNAWCZE SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO PODCZAS RÓŻNYCH SPOSOBÓW ROZRUCHU 1. WSTĘP

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Generator z Magnesami trwałymi niesymetryczny reżim pracy jako źródło drgań w maszynie

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

MODELOWANIE SILNIKA KOMUTATOROWEGO O MAGNESACH TRWAŁYCH ZASILANEGO Z PRZEKSZTAŁTNIKA IMPULSOWEGO

WPŁYW UKŁADU STEROWANIA PRĄDEM WZBUDZENIA NA PROCES SYNCHRONIZACJI SILNIKA SYNCHRONICZNEGO

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

BADANIA SKUTKÓW CIEPLNYCH ZWARĆ ZWOJOWYCH W UZWOJENIACH STOJANA SILNIKA INDUKCYJNEGO

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

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Diagnostyka silnika indukcyjnego z wykorzystaniem dostępnych napięć stojana

ZASTOSOWANIE PAKIETU FLUX2D DO ANALIZY POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO I TEMPERATURY W NAGRZEWNICY INDUKCYJNEJ DO WSADÓW PŁASKICH

WPŁYW OBWODU MAGNETYCZNEGO I KONSTRUKCJI WIRNIKA NA PARAMETRY SILNIKA INDUKCYJNEGO PRACUJĄCEGO W NISKICH TEMPERATURACH

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

Kierunek i rodzaj studiów (Specjalność) Rodzaj pracy Nazwa jednostki Opiekun pracy Temat pracy (j.polski i j.angielski)

Transkrypt:

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 54 Politechniki Wrocławskiej Nr 54 Studia i Materiały Nr 3 003 Ludwik ANTAL * Silniki indukcyjne, sprawność, modelowanie polowo-obwodowe OBLICZANIE SPRAWNOŚCI SILNIKA INDUKCYJNEGO METODĄ OBWODOWO-POLOWĄ W pracy przedstawiono wyniki obliczeń sprawności silnika indukcyjnego małej mocy, przy pomocy polowo-obwodowego modelu tego silnika. Obliczoną charakterystykę sprawności zweryfikowano eksperymentalnie, wykonując pomiary dla dwóch egzemplarzy silnika. Wobec dużej zgodności wyników obliczeń i pomiarów zbadano przydatność tej metody obliczeniowej do optymalizacji konstrukcji silnika ze względu na sprawność. Wykonano obliczenia dla przykładowych parametrów materiałowych (indukcja nasycenia blach rdzenia) i geometrycznych (szerokość rozwarcia żłobków stojana i wirnika) wyznaczając zależność sprawności od zmian badanych parametrów. WSTĘP Z podjętych w skali światowej działań zmierzających do ograniczenia zanieczyszczenia środowiska naturalnego wynika konieczność oszczędzania energii elektrycznej, a w tym ograniczania jej strat. Jednym z największych źródeł potencjalnych oszczędności tej energii są silniki elektryczne. Silniki elektryczne pobierają połowę całej energii elektrycznej zużywanej w krajach rozwiniętych. Udział silników elektrycznych w poborze energii elektrycznej przez przemysł dochodzi do 70% [17]. Panuje więc przekonanie, że energooszczędne silniki i układy napędowe są realnym źródłem zmniejszenia zapotrzebowania na energię elektryczną w znaczącym wymiarze. Szczególne znaczenie dla realizacji tego celu, mają powszechnie stosowane silniki indukcyjne małej mocy. Duża ilość i stosunkowo mała sprawność takich maszyn pozwala przypuszczać, że podniesienie ich sprawności przyniesie duże oszczędności energii. Zwiększenie sprawności silnika odbywa się jednak kosztem * Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50-37 Wrocław

zwiększenia zużycia materiałów. Rośnie, więc cena silnika, a globalny zysk energetyczny pomniejsza się o energię zużytą na wyprodukowanie większej ilości materiałów. W związku z tym obecna sytuacja na rynku silników indukcyjnych wygląda tak, że produkowane są silniki różnych klas sprawności: zarówno energooszczędne o wysokiej sprawności, stosowane zwłaszcza wtedy, kiedy silnik musi pracować przez dużą liczbę godzin w roku, jak i materiałooszczędne o niskiej cenie, których stosowanie jest uzasadnione pracą krótkotrwałą [14, 15]. W tej sytuacji celem wartym wysiłku jest zbliżenie do siebie tych przeciwstawnych klas silników, poprzez jednoczesne zwiększanie sprawności i zmniejszanie zużycia materiałów. Silnik indukcyjny jest konstrukcją stosunkowo prostą i dobrze poznaną. Znane są sposoby podnoszenia ich sprawności i konsekwencje tych sposobów [4, 14]. Znane i stosowane są metody optymalizacji ich konstrukcji [9, 10, 11, 13]. Jednakże postępy inżynierii materiałowej i technik obliczeniowych stwarzają nadzieję na wykorzystanie subtelnych rezerw tkwiących w własnościach materiałowych, kształtach i wymiarach. Zapewne z tego powodu prowadzone są intensywne badania nad lepszym odwzorowaniem zjawisk elektromagnetycznych i cieplnych zachodzących w silniku indukcyjnym. Pojawiły się zarówno prace dotyczące obliczania strat mocy (również w laminowanych rdzeniach stalowych) metodą elementów skończonych [6, 7, 8, 16] jak i prace włączające tę metodę do obliczeń elektromagnetycznych i cieplnych w procesie projektowania maszyny [, 5, 9, 1]. Ze względu na długi czas obliczeń modele trójwymiarowe przydatne są do analizy zjawisk, lecz nie mają jeszcze znaczenia praktycznego. W projektowaniu mogą jednak być wykorzystywane polowo-obwodowe modele dwuwymiarowe. Taki prosty model zbudowany przy użyciu komercyjnego programu FluxD posłużył w niniejszej pracy do zbadania wpływu wybranych parametrów geometrycznych i materiałowych na sprawność standardowego silnika małej mocy. OBLICZANIE SPRAWNOŚCI W MODELU POLOWO OBWODOWYM W użytym do obliczeń modelu polowo obwodowym, szczegółowo opisanym w [1], jego część obwodowa zawiera symetryczny układ napięć trójfazowych, uzwojenia fazowe stojana o zmiennej indukcyjności i stałej rezystancji jak również stałych rezystancji i indukcyjności jego połączeń czołowych oraz klatkę wirnika o zmiennych parametrach prętów i stałych wartościach rezystancji i indukcyjności pierścienia zwierającego. Model polowy uwzględnia częstotliwości i wartość napięcia zasilającego, nieliniowość elementów obwodu magnetycznego oraz ruch wirnika odwzorowywany przez wirującą szczelinę powietrzną. Wirująca szczelina powietrzna umożliwia obliczanie pola zarówno w stanach statycznych jak i dynamicznych, a więc dla ustalonej prędkości silnika jak i dla stanów przejściowych.

W celu wyznaczenia sprawności rozwiązano sparametryzowany względem poślizgu problem magnetodynamiczny, tzn. wykonano obliczenia pola magnetycznego dla szeregu ustalonych prędkości wirnika. Rozwiązany problem umożliwia obliczenie dla zadanego poślizgu, mocy pobieranej przez silnik, momentu, prądów i strat mocy we wszystkich elementach przewodzących. W obliczeniach rozkładu pola nie uwzględnia się strat w rdzeniu oraz strat mechanicznych. Straty w rdzeniu wyznacza się po wyznaczeniu rozkładu pola. Próby uwzględnienia zjawisk generujących straty w rdzeniu podczas szukania rozkładu pola [6, 7, 8] nie dają jeszcze zadawalających rezultatów, zarówno w sensie dokładności jak i czasu obliczeń. Straty mechaniczne określa się z badań silników prototypowych. Znając straty mechaniczne można wyznaczyć współczynnik tarcia lepkiego oraz współczynniki sprężystości i następnie wykorzystać je w polowych obliczeniach stanów przejściowych ze sprzężeniem kinematycznym. Moc obliczona na zaciskach elementów modelu obwodowego P e (źródeł, uzwojeń, rezystancji) jest mocą elektryczną: P e = Ui = Ri dφ + i dt podczas gdy moc obliczona w regionach przewodzących modelu polowego P J reprezentuje straty na ciepło Joule a: P J = ρj dv = l ρj ds V S Ri (1). () Ta okoliczność umożliwia sprawdzenie dokładności siatki elementów skończonych przez porównanie mocy wydzielającej się w elementach reprezentowanych w obu częściach modelu: obwodowej i polowej. Moc pobieraną P e można obliczyć z zależności (l) na wszystkich obwodowych elementach źródłowych lub na wszystkich obwodowych uzwojeniach fazowych stojana. Tak obliczane moce różnią się tylko znakiem. Straty mocy w uzwojeniu stojana P J1 to suma mocy obliczonych w reprezentujących uzwojenie regionach domeny elementów skończonych i mocy wydzielającej się na obwodowych elementach reprezentujących połączenia czołowe. Obliczenie strat mocy w uzwojeniu stojana umożliwia wyznaczenie mocy przenoszonej do wirnika P t : ta zaś obliczenie momentu M: i strat na ciepło Joula w wirniku P J : P = P P, (3) t e ( s) J1 pp M = 1 t. (4) ω

Wiedząc, że moc mechaniczna P m jest równa: P m P J = sp t, (5) ω = ( 1 s) Pt = Tm, (6) p wyznacza się moc oddawaną P przez odjęcie od mocy P m wyznaczonych eksperymentalnie strat mechanicznych. We wzorach (1) (6): i prąd, J gęstość prądu, U napięcie, Φ strumień, ρ rezystywność, s poślizg, ω - pulsacja, p liczba par biegunów. Pobierana ze źródła moc elektryczna P e jest mniejsza od mocy faktycznie pobieranej przez silnik o straty jałowe czyli sumę strat w rdzeniu i mechanicznych. Straty w rdzeniu oblicza się po znalezieniu rozkładu pola całkując po objętości rdzeni zależność [4]: dp Fe = k h B m f + σd 6 π ( B f ) 8,67 k ( B f ) 3/ m + e m (7) w której: B m maksymalna indukcja w aktualnym węźle [T], f częstotliwość [Hz], k h współczynnik strat histerezowych (Ws / T / m 3), σ konduktywność (Ωm) -1, k e współczynnik strat nadmiarowych (W / (T s-1) 3/ / m 3, d grubość blachy (m), k f współczynnik upakowania (k f < 1), Kolejne składniki strat wyrażonych zależnością (7) to straty histerezowe, klasyczne straty z prądów wirowych i straty nadmiarowe. Współczynniki materiałowe nieznacznie skorygowano porównując wyniki obliczeń i pomiarów biegu jałowego silnika. Obliczone po korekcie straty w rdzeniu zestawione ze stratami wyznaczonymi pomiarowo przedstawiono na rysunku 1. Dodając wyznaczone w ten sposób straty w rdzeniu, zmierzone straty mechaniczne i moc elektryczną pobieraną ze źródła oblicza się moc pobieraną przez silnik, która wraz z wcześniej obliczoną mocą oddawaną pozwala wyznaczyć sprawność maszyny.

100 80 Pomiar Obliczenie straty mocy [W] 60 40 0 0 0 50 100 150 00 50 300 napięcie fazowe [V] Rys.1. Obliczone i zmierzone straty mocy w rdzeniu Fig.1. Calculated and measured iron losses WYNIKI OBLICZEŃ I POMIARÓW Wyniki wykonanych w opisany wyżej sposób obliczeń mocy, strat i sprawności porównano z wynikami pomiarów. Wyznaczono również charakterystykę momentu (rys. ) i charakterystyki obciążenia (rys. 3). Zależność sprawności od obciążenia porównaną z wynikami pomiarów przedstawiono na rysunku 4. Wobec dobrej zgodności wyników obliczeń i pomiarów użyto opracowany model polowo obwodowy do analizy wpływu wybranych czynników materiałowych i konstrukcyjnych na wartość sprawności silnika. Rezultaty analizy wpływu indukcji nasycenia (czyli jakości materiału blach rdzenia) pokazano na rysunku 5. Z wykresu wynika, że indukcja nasycenia większa od 1,8 T nie daje znaczącego przyrostu sprawności. Następnie zbadano zależność sprawności i współczynnika mocy od szerokości otwarcia żłobka stojana i żłobka wirnika. Zmieniając kolejno każdy z tych parametrów geometrycznych w zakresie 0,5 3,5 mm uzyskano wyniki przedstawione na rysunkach 6 i 7. W obu przypadkach stwierdzono istnienie optymalnej szerokości otwarcia. Zmiany indukcji w zębach stojana i wirnika uzasadniające zmiany sprawności przedstawiono przy pomocy obrazów pola na rysunkach 8 i 9.

30 Pomiar Obliczenie 5 moment [Nm]; prąd [A] 0 15 10 5 I M 0 1,0 0,8 0,6 poślizg 0,4 0, 0,0 Rys.. Obliczone i zmierzone charakterystyki momentu i prądu Fig.. Calculated and measured torque and current characteristics. 30 n 1500 prąd [A], moment [Nm] 5 0 15 10 5 M I 150 1000 750 500 50 prędkość [obr/min] 0 0 500 1000 1500 000 500 3000 P [W] 0 Rys.3. Obliczone i zmierzone charakterystyki obciążenia Fig.3. Calculated and measured load characteristics

1,0 0,8 sprawność 0,6 0,4 0, Obliczenie Pomiar 0,0 0 500 1000 1500 000 500 3000 P [W] Rys.4. Obliczona i zmierzona sprawność silnika jako funkcja mocy oddawanej Fig.4. Calculated and measured motor efficiency as a function of delivered power 1,0 sprawność, wsp. mocy 0,8 0,6 0,4 0, η cos ϕ 0,0 1,6 1,7 1,8 1,9,0 B nas [T] Rys.5. Zależność sprawności i współczynnika mocy od indukcji nasycenia Fig.5. Efficiency and power factor in relation to saturation induction

sprawność, wsp. mocy 0,80 0,79 0,78 0,77 0,76 0,75 η 0,74 cos ϕ 0,73 0,7 0 1 3 otwarcie żłobka stojana [mm] 4 Rys.6. Zależność sprawności i współczynnika mocy od szerokości otwarcia żłobka stojana Fig.6. Efficiency and power factor in relation to stator slot width opening 0,795 0,790 sprawność, wsp. mocy 0,785 0,780 0,775 0,770 0,765 0,760 0,755 η cos ϕ 0 1 3 otwarcie żłobka wirnika [mm] 4 Rys.7. Zależność sprawności i współczynnika mocy od szerokości otwarcia żłobka wirnika Fig.7. Efficiency and power factor in relation to rotor slot width opening

Rys.8. Zmiana amplitudy indukcji pod wpływem zmiany szerokości rozwarcia żłobka wirnika Fig.8. Induction change in relation to change in rotor slot width opening Rys.9. Zmiana amplitudy indukcji pod wpływem zmiany szerokości rozwarcia żłobka stojana Fig.9. Induction change in relation to change in stator slot width opening

1,8 indukcja [T] 1,6 1,4 1, br=,0mm br=1,0mm br=0,5mm indukcja [T] 1,6 1,4 1, br=,0mm br=1,0mm br=0,5mm 1,0 1,0 0,8 0 5 10 15 a x [mm ] b 0,8 0 4 6 8 10 1 x [mm ] Rys. 10. Zmiana amplitudy indukcji wzdłuż osi zęba a) wirnika; b) stojana, dla otwarcia żłobka wirnika o szerokości br= 0,5; 1,0 i,0 mm Fig.10 Induction change along the tooth axis of a. rotor; b. stator, for the rotor slot width opening br=0,5; 1,0 i,0 mm Zmniejszanie zarówno szerokości otwarcia żłobka stojana jak i szerokości otwarcia żłobka wirnika prowadzi do zmniejszenia indukcji w zębach stojana i wirnika. Zależności te potwierdzają przedstawione na rysunku 10 zmiany indukcji wzdłuż osi zębów (zaznaczonych na rysunku 8) wywołane zmianą szerokości otwarcia żłobka wirnika. Przedstawione fragmentarycznie badania wskazują na możliwość uwzględnienia w procesie projektowania silników subtelnych zmian kształtów (szczególnie żłobków) i wprowadzenie modeli polowo-obwodowych do optymalizacyjnych metod projektowania silników. PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania wykazały, że istnieje możliwość zbudowania stosunkowo prostego dwuwymiarowego modelu polowo-obwodowego silnika indukcyjnego małej mocy zapewniającego wystarczającą dokładność obliczeń podstawowych charakterystyk maszyny, a w tym jej sprawności. Model taki może być szczególnie przydatny do parametrycznego badania prototypowej konstrukcji. Obliczenia opisanego rodzaju mogą się przyczynić do szybszego i tańszego uzyskania wyrobów o wysokich parametrach eksploatacyjnych czy ekonomicznych np. silników energooszczędnych lub materiałooszczędnych.

LITERATURA [1] Antal L., Antal M., Weryfikacja eksperymentalna obwodowo polowego modelu silnika indukcyjnego, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 54, Studia i Materiały Nr 3, Wrocław, 003 [] Al Akayshee Q., Staton D. A., 1150 hp motor design, electromagnetic and thermal analysis, 15th International conference on electrical machines (ICEM), Brugge, Belgium, August 5-8, 00 [3] CEDRAT RECHERCHE, Flux D User Guide, 1999 [4] Chmelik K., Możliwości zwiększenia sprawności silników indukcyjnych, Maszyny Elektryczne, Zeszyty Problemowe BOBRME Komel, Katowice, 1998 [5] Cistelecan M., Demeter E., Ciumbulea G., High efficiency general purpose small power induction motors: design and development, 15th International conference on electrical machines (ICEM), Brugge, Belgium, August 5-8, 00 [6] Dupre L.R., Van Keerb R., Melkebeek J.A.A., A computational model for the iron losses in rotating electrical machines, International Journal of Engineering Science 36, 1998, pp.699-709 [7] Enokizono M., Morikawa M., Fujiyama S.: Distribution of Local Magnetic Properties in Three- Phase Inducion Motor Model Core, IEEE Transactions on Magnetics, vol.35, Nr 5, pp.3937-3939, September 1999. [8] Gyselinck L.L.C., Duprè L.R., Vandevelde L., Melkebeek A.A.: Calculation of No-load Induction Motor Core Losses Using the Rate-dependent Preisach Model, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 34, Nr 6, pp. 3876-3881, November 1998. [9] Jornet A., Orille A., Pérez A., Pérez D., Optimal design of high frequency induction motors with aid of finite elements, 15th International conference on electrical machines (ICEM), Brugge, Belgium, August 5-8, 00 [10] Jażdżyński W., Wpływ założeń projektowych na optymalne rozwiązania projektowe energooszczędnych silników indukcyjnych, Maszyny Elektryczne, Zeszyty Problemowe BOBRME Komel, Katowice, 1998 [11] Jażdżyński W., Some economic aspects of designing optimal energy-efficient and highefficiency induction motors, 15th International conference on electrical machines (ICEM), Brugge, Belgium, August 5-8, 00 [1] Podoleanu I., Schneider J., Müller G., Hameyer K., Simulation system for asynchronous machines, EPNC 00, Leuven, Belgium, 1-3 July, 00; pp. 13-15 [13] Hameyer K., Belmans R., Dular P., Efficient simulation of electromagnetic fields using magnetic equivalent circuits for numerical optimisation, 3rd international workshop on electric & Magnetic fields, Ličge, Belgium, May 6-9, 1996; pp. 07-1 [14] Śliwiński T., Wpływ parametrów rozruchowych silników indukcyjnych na ich koszt produkcji i eksploatacji, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Elektryka z. 176, 001, s.81-86 [15] Śliwiński T., Straty mocy w silnikach indukcyjnych. Nowe aspekty i dylematy, 39th International Symposium on Electrical Machines SME 003, 9 11 June 003, Gdańsk Jurata, Poland [16] Yamazaki K., Stray load loss analysis of induction motors due to harmonic electromagnetic fields of stator and rotor, 15th International conference on electrical machines (ICEM), Brugge, Belgium, August 5-8, 00 [17] Zapaśnik R., Niektóre aspekty współczesnych trendów rozwojowych maszyn indukcyjnych, XXXVIII International Symposium On Electrical Machines SME'00, Cedzyna - Kielce, Poland, June 18-1, 00, pp. 41-54

FIELD-CIRCUIT METHOD EFFICIENCY CALCULATION OF AN INDUCTION MOTOR The work describes results of efficiency calculation conducted on a field-circuit model of a small power induction motor. The calculated efficiency characteristic was verified experimentally by measurements for two motor samples. In view of a substantial concurrence of measured and calculated results, usefulness of this calculation method for optimization of motor construction (efficiency wise) was examined. Calculations were done for representative parameters; material (saturation induction of the sheet metal core) and geometric (stator and rotor slot width opening).