ANALIZA WPŁYWU KĄTA PRZESUNIECIA SEGMENTÓW MAGNESÓW TRWAŁYCH NA PARAMETRY SILNIKA BLDC MAŁEJ MOCY

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

WPŁYW SKOSU STOJANA NA REDUKCJĘ PULSACJI MOMENTU ELEKTROMAGNETYCZNEGO W BEZSZCZOTKOWYM SILNIKU PRĄDU STAŁEGO

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

MINIMALIZACJA MOMENTU ZACZPOWEGO SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

WPŁYW ROZMIESZCZENIA MAGNESÓW NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPOATACYJNE SILNIKA TYPU LSPMSM

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

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

OBLICZENIA SKŁADNIKÓW MOMENTU ELEKTROMAGNETYCZNEGO W SILNIKU BLDC POD OBCIĄŻENIEM

Właściwości silnika bezszczotkowego prądu stałego z magnesami trwałymi o różnych rozpiętościach uzwojeń stojana

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

DWUKIERUNKOWY JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

SILNIK TARCZOWY Z WIRNIKIEM WEWNĘTRZNYM - OBLICZENIA OBWODU ELEKTROMAGNETYCZNEGO

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

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

WPŁYW KSZTAŁTU SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WZBUDZANEGO MAGNESAMI TRWAŁYMI

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

SILNIK BEZSZCZOTKOWY O WIRNIKU KUBKOWYM

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

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

ANALIZA WPŁYWU WYMIARÓW I KSZTAŁTU MAGNESÓW TRWAŁYCH NA MOMENT ELEKTROMAGNETYCZNY BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA PRĄDU STAŁEGO

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

PROJEKT SILNIKA TARCZOWEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Silnik tarczowy z wirnikiem wewnętrznym

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA PARAMETRY MASZYNY ELEKTRYCZNEJ Z MAGNESAMI I REGULACJĄ STRUMIENIA

WYZNACZANIE DRGAŃ WŁASNYCH WIRNIKA W BEZSZCZOTKOWYM SILNIKU PRĄDU STAŁEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

METODY OGRANICZANIA PULSACJI MOMENTU ELEKTROMAGNETYCZNEGO PRĄDNICY TARCZOWEJ WZBUDZANEJ MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

ZASTOSOWANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW ELEKTROMAGNETYCZNYCH SILNIKA PMSM

SPOSÓB MINIMALIZACJI MOMENTU ZACZEPOWEGO W WIELOBIEGUNOWEJ MASZYNIE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ANALIZA PORÓWNAWCZA WYBRANYCH MODELI SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

ANALIZA BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA PRĄDU STAŁEGO Z MAGNESAMI NdFeB

BADANIA WYSOKOOBROTOWEGO DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

ANALIZA WPŁYWU SPOSOBU NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA PARAMETRY SILNIKA KOMUTATOROWEGO O MAGNESACH TRWAŁYCH

ZASTOSOWANIE MAGNESÓW TRWAŁYCH W SILNIKU RELUKTANCYJNYM ZE STRUMIENIEM POPRZECZNYM

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

SPOSOBY OGRANICZANIA PULSACJI MOMENTU ELEKTROMAGNETYCZNEGO W SILNIKACH PRĄDU STAŁEGO WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

SILNIK TARCZOWY TYPU TORUS S-NS - OBLICZENIA OBWODU ELEKTROMAGNETYCZNEGO

BADANIE MASZYNY ELEKTRYCZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I KLINAMI MAGNETYCZNYMI

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

DWUPASMOWY SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

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

TRÓJWYMIAROWA ANALIZA POLA MAGNETYCZNEGO W KOMUTATOROWYM SILNIKU PRĄDU STAŁEGO

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

BADANIA LABORATORYJNE DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY


ANALIZA PRACY PRZEKŁADNI MAGNETYCZNEJ

ANALIZA WPŁYWU LICZBY I ROZMIESZCZENIA PRĘTÓW UZWOJENIA ROZRUCHOWEGO NA WYBRANE PARAMETRY FUNKCJONALNE SILNIKA SYNCHRONICZNEGO MAGNETOELEKTRYCZNEGO

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

WYKORZYSTANIE OPROGRAMOWANIA MAXWELL DO OPTYMALIZACJI KONSTRUKCJI OBWODU ELEKTROMAGNETYCZNEGO SILNIKÓW TARCZOWYCH

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

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

ANALIZA WPŁYWU SPOSOBU NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA PRZEBIEGI CZASOWE WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I MECHANICZNYCH W SILNIKU BEZSZCZOTKOWYM

Pomiary momentu zaczepowego w maszynach synchronicznych z magnesami trwałymi

ANALIZA PARAMETRÓW SILNIKA Z MAGNESAMI UMIESZCZONYMI W RDZENIU WIRNIKA I Z UZWOJENIEM SKUPIONYM DO NAPĘDU POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH

MODELOWANIE SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O UZWOJENIACH SKUPIONYCH

STANY AWARYJNE MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

Oddziaływanie klinów magnetycznych na parametry maszyny elektrycznej z magnesami i regulacją strumienia

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Silniki prądu stałego

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

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

MOMENT I SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA W NOWYM SYNCHRONICZNYM SILNIKU TARCZOWYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O WYDATNYCH BIEGUNACH STOJANA

Detekcja asymetrii szczeliny powietrznej w generatorze ze wzbudzeniem od magnesów trwałych, bazująca na analizie częstotliwościowej prądu

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

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

Silniki magnetoelektryczne do hybrydowych napędów samochodowych

WYKORZYSTANIE EFEKTU WYPIERANIA PRĄDU W ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM MASZYN WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

ANALIZA STRUKTUR MAGNETOELEKTRYCZNYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH O ROZRUCHU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM. OBLICZENIA

Bezrdzeniowy silnik tarczowy wzbudzany magnesami trwałymi w układzie Halbacha

ANALIZA WYBRANYCH PARAMETRÓW CAŁKOWYCH BEZŻŁOBKOWEGO 3-FAZOWEGO GENERATORA TARCZOWEGO Z PODWÓJNYM WIRNIKIEM

WPŁYW WYMIARÓW UZWOJENIA STOJANA NA SIŁĘ CIĄGU SILNIKA TUBOWEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

BADANIA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ Z ZAGNIEŻDŻONYMI MAGNESAMI TRWAŁYMI I BARIERAMI MAGNETYCZNYMI

Porównanie współczynnika gęstości momentu silnika tarczowego oraz silnika cylindrycznego z magnesami trwałymi

KSZTAŁTOWANIE POLA MAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYCH SILNIKACH SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ZASTOSOWANIE MONOLITYCZNYCH NADPRZEWODNIKÓW WYSOKOTEMPERATUROWYCH W MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH

WPŁYW TĘTNIEŃ MOMENTU WYTWARZANEGO PRZEZ SILNIK SYNCHRONICZNY O MAGNESACH TRWAŁYCH NA DOKŁADNOŚĆ PRACY NAPĘDU BEZPOŚREDNIEGO

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI DWUPASMOWYCH SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH O RÓŻNYCH ROZWIĄZANIACH KONSTRUKCYJNYCH WIRNIKÓW

Wpływ grubości szczeliny powietrznej na charakterystyki statyczne silnika SRM

TECHNOLOGIA MONTAŻU MAGNESÓW TRWAŁYCH W WIRNIKU SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/ Piotr Cierzniewski, Ryszard Pałka, Piotr Paplicki, Marcin Wardach Katedra Elektroenergetyki i Na

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII OBWODU MAGNETYCZNEGO WIRNIKA NA PARAMETRY ROZRUCHOWE 6-BIEGUNOWEGO SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO SYNCHRONICZNEGO

ANALIZA WŁASNOŚCI SILNIKA INDUKCYJNEGO SYNCHRONIZOWANEGO (LSPMSM) METODĄ OBLICZEŃ POLOWYCH.

UZWOJENIE SZEŚCIOFAZOWEJ MASZYNY SYNCHRONICZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ANALIZA DYNAMICZNYCH I STACJONARNYCH STANÓW PRACY ROZRUSZNIKA SAMOCHODOWEGO WZBUDZANEGO MAGNESAMI TRWAŁYMI

SAMOCZYNNA SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW LSPMSM

Przegląd koncepcji maszyn wzbudzanych hybrydowo do zastosowania w napędzie samochodów

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

WPŁYW WARUNKÓW BRZEGOWYCH NA FORMĘ ODKSZTAŁCEŃ DRGAŃ WŁASNYCH I WYMUSZONYCH STOJANA SILNIKA BLDC ANALIZA NUMERYCZNA

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

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

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/2011 93 *Mariusz Korkosz, **Adrian Młot, **Marian Łukaniszyn *Politechnika Rzeszowska, ** Politechnika Opolska ANALIZA WPŁYWU KĄTA PRZESUNIECIA SEGMENTÓW MAGNESÓW TRWAŁYCH NA PARAMETRY SILNIKA BLDC MAŁEJ MOCY INFLUENCE OF SHIFTED PERMANENT MAGNET SEGMENTATION ON LOWER POWER BLDC MACHINE PERFORMANCE Abstract: In this paper, a brushless DC motor (BLDC) rotor-mounted permanent magnets is studied. The magnets are made of Neodymium Iron Boron (NdFeB), a magnetic material having high remanence, coercivity and energy. The analyzed motor produces a significant amount of cogging torque, which is the primary ripple component in the torque generated by the motor. One method of achieving cogging torque reduction is to use magnet segmentation. Three-dimensional software based on the finite element method (FEM) is used to compute mathematical models of the BLDC motor. Various numbers of magnet segments are analysed. In addition, the analysis focuses on the cogging torque, the electromagnetic torque and the back EMF constant depending on various number of magnet segments. For each number of segments the optimal location of the segments is determined to minimise cogging torque. 1. Wstęp Zainteresowanie maszynami elektrycznymi z komutacją elektroniczną utrzymuje się na wysokim poziomie już od kilku lat. Ogólnie maszyny bezszczotkowe z komutacją elektroniczną są przeznaczone do napędów o regulowanej prędkości obrotowej. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest wysoka sprawność maszyn bezszczotkowych. Dotyczy to szczególnie maszyn, w których są wykorzystane wysokoenergetyczne magnesy trwałe (BLDC i PMSM). W maszynach, w których jako wzbudzenie wykorzystuje się magnesy trwałe powstaje problem momentu zaczepowego oraz tętnień momentu elektromagnetycznego. Moment zaczepowy wpływa bardzo niekorzystnie na pracę maszyny. Jest jednym ze źródeł tętnień momentu elektromagnetycznego oraz dodatkowym źródłem drgań oraz hałasu pochodzenia magnetycznego. W chwili obecnej szczególną uwagę zwraca się na poziom generowanego hałasu przez maszyny elektryczne już w trakcie ich projektowania. Wymaga to odmiennego niż dotychczas podejścia do zagadnienia procesu projektowania. Proces projektowania maszyny musi zostać uzupełniony, jeżeli zachodzi taka potrzeba o obliczenia parametrów maszyny uwzględniające modelowanie 3D. Z uwagi na znacznie zwiększone wymagania sprzętowe i wydłużony czas obliczeń numerycznych rozwiązywanie zagadnień 3D projektowanych maszyn stosuje się w odniesieniu do wybranych przypadków. Są to zwyczaj sytuacje, kiedy tylko model 3D pozwala wiarygodnie odzwierciedlić projektowaną konstrukcję. Moment zaczepowy można ograniczać metodami konstrukcyjnymi [1-7]. Jedną z metod redukcji momentu zaczepowego w przypadku maszyn z magnesami montowanymi powierzchniowo jest stosowanie skosów po stronie magnesów umieszczonych na wirnika lub też żłobków stojana [4-6]. Metodą alternatywną dla stosowania skośnych magnesów jest stosowanie segmentacji magnesów [7]. Jest to jeden z tych przypadków, kiedy do analizy zagadnienia niezbędne staje się zastosowanie modelowania 3D. W pracy dokonano analizy wpływu segmentacji magnesów trwałych montowanych powierzchniowo i kąta ich przesunięcia na parametry silnika BLDC małej mocy. Dla podziału magnesów na dwa (N=2), trzy (N=3) oraz cztery (N=4) segmenty analizowano wpływ kąta przesunięcia pomiędzy segmentami na amplitudę momentu zaczepowego, amplitudę momentu elektromagnetycznego, tętnienia momentu elektromagnetycznego, stałą momentową i napięciową silnika. Dla każdego przypadku podziału magnesów określono optymalną wartość kąta przesunięcia z punktu widzenia maksymalnej redukcji amplitudy momentu zaczepowego. Zamieszczono wnioski dotyczące wpływu liczby segmentów na redukcję amplitudy momentu zaczepowego.

94 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/20119 2. Model fizyczny silnika Jako obiekt badańń posłużył prototypowy silnik z magnesami trwałymi montowanymi naa po- wierzchni rdzenia wirnika. Jest to silnik zbu- dowany na bazie seryjnie produkowanego silni- ka indukcyjnego o wzniosie wału 80. Na rysun- 3D badanego silnika. ku 1 pokazano kompletny model złożeniowy Rys.1. Kompletny model złożeniowy 3D bada- nego silnika BLDC W silniku zastosowano 3 pary magnesów neo- dymowych (NdFeB) o wartości indukcji pozo- ką- stałości 1.21 T o grubości 3mmm i rozpiętości towej 47. Obwód magnetyczny stojana stanowi oryginalny pakiet z silnika indukcyjnego o 36 żłobkach. W stosunku do silnika indukcyjnego zostały zmienione nie tylko dane nawojowe, ale również rodzaj uzwojenia. W danym przypadku zostałoo zastosowane uzwojeniee dwuwarstwowe o przekroju drutu nawojowego dostosowanym do zasilania niskonapięciowegoo (U dc =45 V).. Prototypowa konstrukcja, która nie była opty- za- malizowana pod kątem redukcji momentuu czepowego posiada dość dużą jego wartość maksymalną wynoszącą T zmax = 0.67 Nm. Rys.2. Charakterystyka momentu elektromag- netycznego wyznaczonego w warunkach labora- toryjnych, przy prądzie I=10A Na rysunku 2 pokazano charakterystykę mo- mentu elektromagnetycznego T e wyznaczonego w warunkach laboratoryjnych, przy prądzie I= 10A i zasileniu dwóch faz silnika. Jak widać na rysunku 2 moment zaczepowy ma w danym przypadku dość istotny wpływ na kształt wytwarzanego momentu elektromagne- silni- tycznego. Wyznaczona stała momentowa ka wynosi k T =0.4 Nm/A. Na rysunku 3 pokazano przebiegi napięć induprędkości 236 min -1 kowanych zarejestrowanych przy. Rys.3. Przebiegi napięć indukowanych badane- z po- go silnika przy prędkości 236 min -1 Stała napięciowa silnika k V wyznaczona miarów wynosi 41 V/1000 min -1. 3. Model numeryczny W programie Flux 3D zbudowano modele sy- konstrukcji ograniczono model do 1/3 jego peł- mulacyjne silnika. Wykorzystując okresowość nego rozmiaru. Dla każdego podziału segmen- modele tów magnesóww zbudowano oddzielnee silników. Na rysunku 4 pokazano model wirni- N=4 ka dla podziału magnesóww na segmenty z kątem przesunięcia równym =10. Rys.4 Widok wirnika z podziałem na cztery segmenty N=4 Widok stojanaa silnika wraz z uzwojeniami z uwzględnien iem połączeńń czołowych pokaza- no na rysunku 5.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/20119 95 Rys.5. Widok modelu stojana silnika BLDCC wraz z uzwojeniami 4. Wyniki obliczeń numerycznych Dla każdego przypadku podziału segmentów dokonywano zmiany kąta przesunięcia segmen- skokiem. Kąt przesunięcia segmentóww tów w zakresie od 0 do 10 z odpowiednim w przypadku podziału na trzy (N = 3) i cztery (N = 4) określano, jako kąt przesunięcia pomię- pośrednie były przesuwane odpowiednio o kąty dzy pierwszym i ostatnim segmentem. Segmenty wynikające z liczby segmentów ( N = /(N-1)). Dla każdego podziału segmentów magnesów wykonywano obliczenia dla trzech przypadków: Przy braku wymuszenia prądowego (I=0) dla wyznaczenia momentu zaczepowego T z. Przy zasileniu dwóch pasm prądem I= =10A dla wyznaczenia momentu elektromagne- tycznego T e. Z dołączonym obwodem zewnętrznym po- na- łączonym w gwiazdę do wyznaczania pięć indukowanych. Wszystkie obliczenia wykonywano w oparciu o analizę typu Transient. Obliczania momentu zaczepowego i elektromagnetycznego wyko- napięcia indukowane wyznaczono przy prędko- ści n= =1000 min -1. W przypadku momentuu za- nywano przy prędkości n=1/66 min -1 natomiast czepowego położenie wirnika zmieniano, co 0.25 natomiast w pozostałych przypadkach, co 1. Zagęszczenie kroku obliczeń w przypadku wyznaczania momentu zaczepowego jestt po- dyktowane jego dużą wrażliwością na analizo- Na rysunku 6 pokazano rozkład gęstości stru- wane zmiany geometrii magnesów trwałych. mienia dla podziału magnesów trwałych naa dwa segmenty (N=2), z kątem przesunięcia = =4.5 oraz przy kącie położenia wirnika =120. Rys.6. Przykładowy rozkładd gęstości strumienia magnetycznegoo dla podziału magnesów trwa- łych na dwa segmenty (N=2) 4.1. Moment zaczepowy z Na rysunku 7 pokazano zależność wartości maksymalnej momentu zaczepowego T zmax w funkcji kątaa przesunięcia segmentów ma- momen- gnesów trwałych. Rys.7. Zależność wartości maksymalnejj tu zaczepowegoo w funkcji kąta przesunięcia segmentów magnesów trwałych- Analizując pokazane zależności na rysunku 7 widzimy, że dla każdej ilości segmentów istnieprzy któ- je pewien optymalny kąt przesunięcia, rym występujee minimalna a amplituda momentu zaczepowego T zmax. Wraz ze wzrostem liczby segmentów wartość tego kąta ulega zwiększe- niu. W przypadku podziału magnesów na dwa segmenty (N= =2) optymalny kąt przesunięcia segmentów wynosi =5. Dla podziału na trzy segmenty (N= =3) wartośćć optymalnego kąta wzrasta do = =7. Przy podziale na cztery seg- wynosi =8. Różnice pomiędzy podziałem na menty optymalny kąt przesunięcia segmentów trzy i cztery segmenty są zbyt duże. Przy poamplitudy momentu zaczepowego (T zmax =0.0531 Nm) dziale na cztery segmentyy redukcja w stosunku do d podziałuu na trzy segmenty s

96 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/20119 (T zmax =0.0564 Nm) jest w analizowanym przy- padku mało znacząca. Wybrane charakterystyki momentu zaczepowe- na go w funkcji kąta obrotu wirnika pokazano rysunku 8. Zamieszczono wykresy momentu za- czepowego oryginalnego silnika oraz dla anali- przy kątach zapewniających maksymalne zmniejszenie amplitudy momentu zaczepowego. zowanej liczby segmentów magnesów trwałych, Dla każdego przypadku obliczano wartość śred- niąą wytwarzanego momentu elektromagnetycz- zależność wartości średniej momentu u elektromagnetyczne- go T eav w funkcji kąta przesunięcia segmentów magnesów dla poszczególnych podziałów. nego T eav. Na rysunku 100 pokazano Rys.8. Zależność momentu zaczepowego w funk- przypadków podziału magnesów na segmenty Odpowiedni dobór kąta przesunięcia segmen- tów już dla podziału na dwa segmentyy po- cji kąta obrotu wirnika, dla analizowanychh zwala znacząco ograniczyć amplitudę momentu zaczepowego. Przy podziale na trzy segmenty nastąpiła dalsza redukcja amplitudy momentu zaczepowego. 4.2. Moment elektromagnetyczny Amplitudę momentu elektromagnetycznego T emax w funkcji kąta przesunięcia segmentów magnesów trwałych pokazano na rysunku 9. Rys.10. Zależność wartościi średniej momentu elektromagnetycznego w funkcji kąta przesunię- cia segmentów magnesów trwałych- Wzrost kąta przesunięcia segmentów nieza- leżnie od ilości segmentóww powoduje zmniej- szanie wartości średniej wytwarzanego momen- tu elektromagnetycznego zmniejszając tym sa- mym stałą momentową silnika k T. Dla optymal- reduk- nych wartości kąta z punktu widzenia cji wartości maksymalnejm j momentu zaczepo- momentu wynosi od około 1% (N=2) do 2% (N= =4). wego T zmax spadek wartości średniej Na rysunku 11 pokazano zależność momentu elektromagnetycznego T e w funkcji kąta obrotu wirnika dla konstrukcji k bazowej oraz kątów przesunięcia segmentów magnesów zapewnia- jących maksymalną redukcję momentu zacze- powego dla analizowanychh podziałów. Rys.9. Zależność wartości maksymalnej momen- tu elektromagnetycznego w funkcji kąta przesu- powoduje jednoczesne zmniejszanie wartości maksymalnej momentu elektromagnetycznego, co jest zjawiskiem pożytecznym. Minima prze- nięcia segmentów magnesów- Redukcja amplitudy momentu zaczepowego biegów z rysunku 9 pokrywająą się z minimami z rysunku 7 dla tych samych ilości segmentów. Rys.11. Zależność momentuu elektromagnetycz- dla kon- nego w funkcji kąta obrotu wirnika, strukcji bazowej oraz optymalnych kątów prze- sunięć magnesów trwałych Przy optymalnych kątach przesunięcia segmen- momentu tów magnesóww trwałych przebieg

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/20119 97 elektromagnetycznego jest znacznie bardziej wygładzony. 4.3. Napięcia indukowane Dla każdego przypadku podziału wyznaczono przebiegi międzyprzewodowych napięć indu- wartość stałej napięciowej silnika k V. Na rysun- ku 12 pokazano zależność stałej napięciowej silnika k V w funkcji kąta przesunięcia segmen- tów magnesów. Rys.12. Zależność stałej napięciowej silnikaa w funkcji kąta przesunięcia segmentów- kowanych. Na podstawie obliczeń wyznaczano Wraz ze wzrostem kąta przesunięcia segmen- tów magnesów ulega zmniejszeniu stałą napię- ciowa silnika k V. Dla optymalnych kątów prze- stałej napięciowej (0.6%) wystąpiło dla podzia- łu na dwa segmenty (N=2). Natomiast maksy- malne zmniejszenie stałej (około 2.3%) zano- towanoo przy podziale magnesów trwałych na sunięcia segmentów najmniejsze zmniejszenie cztery segmenty (N=4). Na rysunku 13 pokazano zależności napięć in- na dukowanych dla konstrukcji bazowej oraz rysunku 14 dla przypadku podziału na trzy segmenty (N=3) i kącie przesunięcia =7 w funkcji kąta położenia wirnika wyznaczone przy prędkości n=1000 min -1. Rys.13. Zależność napięć indukowanych dlaa konstrukcji bazowej silnika w funkcji kąta poło- żenia wirnika przy prędkości n=1000 minn -1 T e max T eav T e min n 100% (1) Rys.14. Zależność napięć indukowanych dla po- kącie działu magnesów trzy segmenty N=3 oraz przesunięcia segmentów - =7 w funkcji kąta położenia wirnika przy prędkości n=1000 min -1 4.4 Tętnieniaa momentuu elektromagnetycz- nego Celem określenia tętnień momentu elektroma- współ- gnetycznego zdefiniowanoz o procentowy czynnik tętnieńń wg zależności: gdzie: T emax, T emin, T eav oznaczają wartość maksymalną, minimalną i średnią momentu elektromagnetycznego. W tabeli 1 zamieszczono obliczone współczyn- po- niki tętnień momentu m dla poszczególnych działów magnesów. Tabela 1 Współczynnik tętnień momentu elek- tromagnetycznego dla poszczególnych podziałóww magnesów Kąt α [ ] 0 (Prototyp) 2 [%] N=2 47.9 40.5 [%] N=3 47.9 40 [%] N=4 47.9 39.7 4 22.7 28.8 30 5 17.3 - - 6 20.3 17.1 18.9 7-16.3-8 33.1 17.8 15.1 10 42.7 23.6 18.8 5. Wnioski Wpływ kąta przesunięcia p segmentów magnewpływ na sów stałych ma m szczególnie duży amplitudę momentu zaczepowego. Dla każdego podziału dla danej d konstrukcji istnieje pewna optymalna wartość kąta przesunięcia segmen- ampli- tów, która zapewnia znaczącą redukcję tudy momentuu zaczepowego. Wzrost liczby segmentów powoduje, że wartość kąta przesu-

98 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 93/2011 nięcia segmentów zwiększa się. Przekroczenie wartości optymalnej kąta przesunięcia segmentów powoduje ponowny wzrost amplitudy momentu zaczepowego. Wzrost liczby segmentów nie powoduje znaczącego ograniczenia amplitudy momentu zaczepowego. Różnice pomiędzy podziałem na trzy (N=3) i cztery (N=4) segmenty są stosunkowo niewielkie. Niezależnie od ilości segmentów wzrost kąta ich przesunięcia wpływa na dwie najistotniejsze stałe silnika: momentową k T i napięciową k v. Wzrost kąta przesunięcia powoduje zmniejszanie się tych stałych. Zmniejszenie stałej momentowej będzie skutkowało wytwarzaniem mniejszej wartości momentu elektromagnetycznego a co za tym idzie spadkiem sprawności silnika. Mniejsza stała napięciowa będzie zmieniała punkt pracy silnika powodując wzrost jego prędkości obrotowej. Należy jednak nadmienić, że dla optymalnych wartości kątów przesunięcia segmentów, z uwagi na nieznaczną wartość momentu zaczepowego przebiegi momentu elektromagnetycznego czy też napięć indukowanych są znacznie bardziej wygładzone. Będzie to miało korzystny wpływ na kształt wytwarzanego momentu elektromagnetycznego w trakcie pracy silnika w szerokim zakresie zmian jego prędkości obrotowej czy też zmiany momentu obciążenia. Zastosowanie magnesów segmentowych wraz z odpowiednim kątem ich przesunięcia jest bardzo skuteczną metodą redukcji wartości maksymalnej momentu zaczepowego. Znacznemu ograniczeniu ulegają tętnienia momentu elektromagnetycznego. Jednocześnie zastosowanie segmentacji magnesów z odpowiednim ich przesunięciem ma niewielki wpływ na istotne parametry silnika, które ulegają nieznacznemu pogorszeniu. Obliczenia wskazują, że stosowanie podziału na więcej niż trzy segmenty nie przynosi już praktycznie żadnych korzyści. 6. Literatura [1] Mohammad S., Sayeed M., Tomy S.: Issues in reducing the cogging torque of mass-produced permanent-magnet brushless dc motor, IEEE Transactions on Applications, Vol.40, No.3, May/June 2004, pp.813-820. [2] Seok-Myeong Jang, Han-Wook Cho, Dae-Joon You: Cogging torque minimization in permanent magnet brushless DC motors for high-speed application, KIEE International Transactions on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems, Vol.5-B, No.2, 2005, pp.146-153. [3] Zhu Z.Q., Howe D.: Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.15, No.4, December 2000, pp.407-412. [4] Gajewski M.: Porównanie parametrów silników bezszczotkowych z magnesami trwałymi o prostych i o skośnych żłobkach. Proceedings of XLI International Symposium on Electrical Machines, SME 2005, 14-17 June, Jarnołtówek, 2005, s.181-186. [5] Mrozek A.: Wpływ pseudoskosu biegunów wirnika i skosu żłobków stojana na pulsacje momentu i SEM w bezszczotkowych silnikach z magnesami trwałymi. Politechnika Śląska, Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 69/2004, s.29-34. [6] Wang J.P, Lieu D.K.: A fast lumped parameter model for magnet skew in a motor, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.35, No.5, September 1999, pp.3709-3711. [7] Młot A.: Konstrukcyjne metody ograniczania pulsacji momentu elektromagnetycznego w bezszczotkowym silniku prądu stałego z magnesami trwałymi, Praca doktorska, Politechnika Opolska, Opole 2007. Praca wykonana w ramach projektu badawczego R10 0026 06 Autorzy dr inż. Mariusz Korkosz, Politechnika Rzeszowska, 35-959 Rzeszów, ul. W. Pola 2, (17)8544777, mkosz@prz.edu.pl dr inż. Adrian Młot, Politechnika Opolska, ul. Luboszycka 7, 45-036 Opole, (77)4538447, a.mlot@po.opole.pl Prof. dr hab. inż. Marian Łukaniszyn, Politechnika Opolska, ul. Luboszycka 7, 45-036 Opole, (77)4538447, m.lukaniszyn@po.opole.pl Recenzent Prof. dr hab. inż. Lech Nowak