ANALIZA PRACY GENERATOROWEJ MASZYNY ELEKTRYCZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Podobne dokumenty
BADANIA LABORATORYJNE GENERATORÓW PRZEZNACZONYCH DO SZEREGOWEGO NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

BADANIA LABORATORYJNE NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

BADANIA LABORATORYJNE OGNIW ELEKTRYCZNYCH PRZEZNACZONYCH DO ZASTOSOWANIA W NAPĘDZIE HYBRYDOWYM BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

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

ANALIZA ZWARĆ ZWOJOWYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

BADANIA SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO HYBRYDOWEGO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

BADANIA MASZYNY PRĄDU STAŁEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W ZAKRESIE PRACY PRĄDNICOWO-SILNIKOWEJ

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA SYMULACYJNE MASZYNY RELUKTACYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

STANY AWARYJNE MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

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

BADANIA SILNIKÓW BLDC PRZEZNACZONYCH DO ZASTOSOWANIA W BEZZAŁOGOWYM APARACIE LATAJĄCYM

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

MINIMALIZACJA MOMENTU ZACZPOWEGO SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

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

OGRANICZENIA PRACY SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZY ZALEŻNYM STEROWANIU PRĄDOWYM

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

BADANIA SYMULACYJNE ZWARĆ ZWOJOWYCH W SILNIKU RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM

BADANIA LABORATORYJNE RELUKTANCYJNEJ MASZYNY PRZEŁĄCZALNEJ PRACUJĄCEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

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

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

Analiza wpływu konfiguracji uzwojeń na właściwości bezszczotkowego silnika z magnesami trwałymi

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

DWUPASMOWY SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

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

BADANIA LABORATORYJNE DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

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

TRÓJFAZOWY GENERATOR Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W REśIMIE PRACY JEDNOFAZOWEJ

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

TEMATY PRAC DYPLOMOWYCH do wyboru w wiosna 2017 r.

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

W5 Samowzbudny generator asynchroniczny

ANALIZA PRACY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W WARUNKACH ZAPADU NAPIĘCIA

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

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

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Sterowanie napędów i serwonapędów elektrycznych

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

Badanie dławikowej przetwornicy podwyŝszającej napięcie

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH DO NAPĘDÓW POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH

Silniki prądu stałego

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

PL B1. Sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

MODEL SYMULACYJNY MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

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

WYKORZYSTANIE PROCESORA SYGNAŁOWEGO DO STEROWANIA SILNIKIEM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

SPOSOBY REGULACJI PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKA W POJEŹDZIE Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM

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

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Wpływ grubości szczeliny powietrznej na charakterystyki statyczne silnika SRM

BADANIA LABORATORYJNE SILNIKA ELEKTRYCZNEGO PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU MAŁEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO ZASILANEGO Z OGNIWA PALIWOWEGO

PRĄDNICA TRÓJFAZOWA MAŁEJ MOCY WZBUDZANA MAGNESAMI TRWAŁYMI

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 20/10. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL WUP 05/15. rzecz. pat.

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

R 1 = 20 V J = 4,0 A R 1 = 5,0 Ω R 2 = 3,0 Ω X L = 6,0 Ω X C = 2,5 Ω. Rys. 1.

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

NOWA SERIA WYSOKOSPRAWNYCH DWUBIEGUNOWYCH GENERATORÓW SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

BADANIA GENERATORA INDUKCYJNEGO WZBUDZANEGO KONDENSATORAMI OBCIĄŻENIE NIESYMETRYCZNE

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

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ANALIZA WPŁYWU KONFIGURACJI UZWOJEŃ BIEGUNÓW NA WŁAŚCIWOŚCI TRÓJPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

WYBRANE WYNIKI BADAŃ LABORATORYJNYCH BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

PL B1. Sposób i układ tłumienia oscylacji filtra wejściowego w napędach z przekształtnikami impulsowymi lub falownikami napięcia

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI WYSOKOOBROTOWEGO NAPĘDU Z DWUPASMOWYM SILNIKIEM RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM

SILNIK BEZSZCZOTKOWY O WIRNIKU KUBKOWYM

BADANIA WYSOKOOBROTOWEGO DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

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

Układ ENI-EBUS/URSUS stanowi kompletny zespół urządzeń napędu i sterowania przeznaczony do autobusu EKOVOLT produkcji firmy URSUS..

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 18/11. JANUSZ URBAŃSKI, Lublin, PL WUP 10/14. rzecz. pat.

SILNIK TARCZOWY TYPU TORUS S-NS - OBLICZENIA OBWODU ELEKTROMAGNETYCZNEGO

METODA DIAGNOSTYKI USZKODZEŃ ELEKTRYCZNYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

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

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

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

ELEKTRONICZNA FILTRACJA PRĄDU WYPROSTOWANEGO

Silnik indukcyjny - historia

GENERATOR Z MAGNESAMI TRWAŁYMI DO PRACY W AGREGACIE PRĄDOTWÓRCZYM

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

Piotr BOGUSZ*, Mariusz KORKOSZ*, Piotr WYGONIK**, Magdalena DUDEK***, Bartłomiej LIS***

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

WOLNOOBROTOWY BEZSZCZOTKOWY SILNIK PRĄDU STAŁEGO DO NAPĘDU ROGATKOWEGO

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

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

MODEL SYMULACYJNY ENERGOELEKTRONICZNEGO STEROWANEGO ŹRÓDŁA PRĄDOWEGO PRĄDU STAŁEGO BAZUJĄCEGO NA STRUKTURZE BUCK-BOOST CZĘŚĆ 2

Przegląd koncepcji maszyn wzbudzanych hybrydowo do zastosowania w napędzie samochodów

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 91/2011 21 Piotr Bogusz, Mariusz Korkosz, Adam Mazurkiewicz, Jan Prokop Politechnika Rzeszowska, Rzeszów ANALIZA PRACY GENERATOROWEJ MASZYNY ELEKTRYCZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI THE ANALYSIS OF THE PERMANENT MAGNETS ELECTRIC MACHINE GENERATOR MODE Abstract: The paper presents the analysis of generator mode of an electric machine with permanent magnets. The simulation model which allows to analyze different types of generator modes was processed. This simulation model is based on calculating machine parameters using the finite elements method (FEM). Certain features of the machine which can work in the second zone of regulation as an autonomous generator were analyzed. On base of the simulation model external and regulating characteristics of the researched machines were indicated. Finally some conclusions were included. 1. Wstęp Maszyny z magnesami trwałymi zdobyły znaczą popularność ze względu na duŝe gęstości mocy uzyskiwane z jednostki masy. Zasadniczym problemem w budowie tych maszyn była jakość magnesów trwałych. W ostatnich latach na rynku pojawiły się magnesy oparte na bazie pierwiastków ziem rzadkich o podwyŝszonych parametrach. Magnesy te posiadają nie tylko bardzo dobre parametry magnetyczne, np. indukcję remanentu B r, ale teŝ umoŝliwiają pracę przy wyŝszych temperaturach. Obecnie maszyny z magnesami trwałymi budowane są głównie jako maszyny bezszczotkowe. Znajdują powszechne zastosowanie w motoryzacji oraz w przemyśle jako serwonapędy, gdyŝ charakteryzują się wysoką sprawnością oraz bardzo dobra dynamiką. Znacznie rzadziej, ze względu na trudności w regulowaniu strumienia, maszyny tego typu pracują jako generatory [1-3]. W ostatnim czasie bardzo popularne stają się napędy hybrydowe, gdzie wykorzystuje się zarówno pracę silnikową, jak i generatorową maszyny elektrycznej. Tego typu napędy z powodzeniem są stosowane w samochodach hybrydowych. Innym zastosowaniem, w którym są podejmowane próby wykorzystania napędów hybrydowych są bezzałogowe aparaty latające (ang. Unmanned Aerial Vehicle - UAV) [4]. Celem niniejszej pracy jest studium moŝliwości zastosowania maszyny typu BLDC pracującej jako generator w szeregowym, hybrydowym układzie napędowym przeznaczonym do bezzałogowego aparatu latającego. W artykule przedstawiono wyniki analizy właściwości maszyny z magnesami trwałymi pra- cującej w II strefie regulacji, pracującej jako generator autonomiczny. Na podstawie modelu polowo-obwodowego maszyny BLDC wyznaczono charakterystykę zewnętrzną dla pracy generatorowej, którą zaimplementowano w układzie regulacji napięcia. Na podstawie wyników badań symulacyjnych zamieszczono wnioski. 2. Maszyna z magnesami trwałymi jako element szeregowego napędu hybrydowego W szeregowym napędzie hybrydowym znajdują się co najmniej dwie maszyny elektryczne. Jedna pracuje jako generator zasilający silnik elektryczny i ładujący baterię akumulatorów. Generator jest napędzany przez silnik spalinowy. Drugą maszyną jest elektryczny silnik napędowy, który moŝe pracować równieŝ jako generator w zaleŝności od kierunku przepływu energii. Bezzałogowe aparaty latające wymagają moŝliwie lekkich oraz gabarytowo małych napędów. Dlatego ze względu na powyŝsze wymagania logicznym rozwiązaniem jest zastosowanie maszyn elektrycznych z magnesami trwałymi, zarówno do napędu śmigła (silnik), jak i do wytwarzania energii elektrycznej (generator). W niniejszej pracy autorzy przedstawili koncepcję zastosowania generatora typu BLDCM jako elementu szeregowego napędu hybrydowego. Strukturę blokową szeregowego napędu hybrydowego przeznaczonego do bezzałogowego aparatu latającego przedstawiono na rysunku 1.

22 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 91/2011 Rys. 1. Schemat blokowy szeregowego napędu hybrydowego bezzałogowego aparatu latającego W napędzie z rysunku 1 moŝna wyróŝnić następujące podzespoły: silnik spalinowy IC, generator elektryczny G, prostownik trójfazowy, impulsowy regulator napięcia i prądu sterowany z bloku CU, akumulator, układ zasilający silnik sterowany z bloku sterowania CM, silnik elektryczny napędzający śmigło M. Dla zapewnienia utrzymania odpowiedniej wartości napięcia zasilającego silnik BLDC, potrzebny jest układ regulacji napięcia oraz prądu ładowania akumulatora. Na podstawie pomiaru wartości napięcia lub prądu ładowania akumulatora na wyjściu układu regulacji napięcia dobierany jest odpowiedni sygnał sterujący wypełnieniem impulsu (PWM). W zaleŝności od stanu pracy napędu głównego bezzałogowego aparatu latającego (wznoszenie, przelot, lądowanie) na wejście układu sterowania CM z układu awioniki podawany jest sygnał sterujący prędkością śmigła. Układ regulacji napięcia zostanie opisany w punkcie 4. 3. Model generatora W analizowanym przypadku zarówno do pracy silnikowej, jak i generatorowej przewidziano trójpasmową maszynę z magnesami trwałymi o 12-tu Ŝłobkach stojana i 7-miu parach magnesów umieszczonych na zewnętrznym wirniku. W maszynie przewidziano zastosowanie magnesów neodymowych. Na bazie programu do obliczeń metodą elementów skończonych zbudowano model numeryczny maszyny. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy rozkład gęstości strumienia magnetycznego analizowanej konstrukcji. Rys. 2. Rozkład gęstości strumienia magnetycznego projektowanej maszyny BLDC 3.1. Napięcia indukowane W oparciu o model polowo-obwodowy obliczano napięcia indukowane w silniku. Na rysunku 3 przedstawiono zaleŝność przewodowych napięć indukowanych E ab, E bc i E ca w funkcji kąta połoŝenia wirnika przy prędkości 1000 min -1. Rys. 3. ZaleŜności przewodowych napięć indukowanych od kąta połoŝenia wirnika przy prędkości 1000 min -1 3.2. Wybrane zaleŝności momentu, prądów i napięć W celu uzyskania napięcia stałego do wyjścia generatora dołączono układ prostownikowy. Dla wyznaczenia charakterystyki zewnętrznej generatora do wyjścia prostownika dołączono rezystancję obciąŝającą o regulowanej wartości R L. Na rysunku 4 przedstawiono schemat układu połączenia do wyznaczenia charakterystyki zewnętrznej badanego generatora. Rys. 4. Schemat układu połączeń do wyznaczania charakterystyki zewnętrznej generatora

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 91/2011 23 Na rysunkach 5-8 przedstawiono przebiegi momentu (rys.5), napięcia wyjściowego U L na obciąŝeniu (rys.6), prądów pasm generatora (rys.7) oraz prądów w układzie prostownikowym (rys.8) uzyskane przy prędkości obrotowej n=8000 min -1 i obciąŝeniu rezystancją R L =2Ω. Rys. 8. ZaleŜność prądów pasm generatora od połoŝenia wirnika θ Na rysunku 9 przedstawiono zaleŝności prądów ID1, ID3, ID5 w prostowniku od kąta obrotu wirnika θ. Rys. 5. ZaleŜność momentu od połoŝenia wirnika θ Rys. 9. ZaleŜność prądów ID1, ID3, ID5 w prostowniku od kąta obrotu wirnika θ Rys. 6. ZaleŜność napięcia na obciąŝeniu U L od połoŝenia wirnika θ 3.3. Charakterystyka zewnętrzna generatora Charakterystykę zewnętrzną generatora wyznaczano przy obciąŝeniu rezystancyjnym i stałej prędkości obrotowej, równej n=8000 min -1. Przy tej prędkości obrotowej przewidziany do napędu generatora silnik spalinowy pracuje z maksymalną sprawnością. Na rysunku 10 przedstawiono wyznaczoną charakterystykę zewnętrzną generatora. Rys. 7. ZaleŜność napięć na wyjściu generatora od połoŝenia wirnika θ Rys. 10. Charakterystyka zewnętrzna generatora przy prędkości 8000 min -1

24 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 91/2011 Dla danych warunków pracy wyznaczono zaleŝności mocy wyjściowej generatora P out (rys.11) oraz sprawności wypadkowej (rys.12) w funkcji prądu obciąŝenia I L dla prędkości 8000 min -1. Rys. 11. ZaleŜność mocy wyjściowej generatora w funkcji prądu obciąŝenia przy prędkości obrotowej 8000 min -1 Ŝe w układzie docelowym zastosowana zostanie bateria akumulatorów litowo-ŝelazowo-polimerowych o napięciu znamionowym 33V. Maksymalne napięcie dla załoŝonej baterii ma wynosić 36V. Bateria tego typu posiada dwa stopnie ładowania. W pierwszym bateria ładowana jest ze stałym dopuszczalnym prądem, natomiast w drugim ze stałym napięciem. Oznacza to, Ŝe w przypadku, gdy akumulator jest w większym stopniu rozładowany, napięcie zasilające silnik napędowy śmigła będzie niŝsze niŝ 36V (występuje pierwszy stopień ładowania akumulatora). W celu zapewnienia prawidłowych warunków współpracy baterii akumulatorów z układem sterowania silnika napędzającego śmigło oraz prądnicy BLDC zaproponowano układ realizujący stabilizację prądu ładowania akumulatora (pierwsza faza ładowania) oraz stabilizacji napięcia (druga faza ładowania), który przedstawiono na rysunku 13. Rys. 12. ZaleŜność sprawności wypadkowej generatora w funkcji prądu obciąŝenia przy prędkości obrotowej 8000 min -1 Zakres pracy, w którym silnik napędzający śmigło posiada wysoką sprawność przetwarzania energii występuje w przedziale prądu pobieranego I dc od 25 do 63A. Natomiast wypadkowa sprawność generatora przekracza 85% wtedy, gdy prąd obciąŝenia mieści się w przedziale od 5 do 68A. Zatem zakres optymalnej pracy generatora w całości pokrywa się zakresem pracy silnika napędzającego śmigło. Napięcie zasilające silnik napędowy śmigła nie moŝe przekroczyć 36V, ze względu na dopuszczalne maksymalne napięcie zastosowanej baterii akumulatorów. 4. Układ stabilizacji prądu i napięcia ładowania akumulatora Zastosowanie w proponowanym systemie napędowym prądnicy z magnesami trwałymi powoduje, Ŝe nie ma moŝliwości płynnej regulacji strumienia magnetycznego, a tym samym i napięcia wyjściowego, tak jak ma to miejsce w klasycznych alternatorach. Przyjęto równieŝ, Rys. 13. Schemat blokowy układu regulacji napięcia Na podstawie schematu z rysunku 13 opracowano model symulacyjny, gdzie w module wejściowym umieszczono charakterystykę zewnętrzną generatora BLDC uzyskaną dla prędkości wirowania 8000 min -1, a przedstawioną na rysunku 10. Do regulacji prądu lub napięcia akumulatora zastosowano impulsowy regulator składający się z tranzystora T1 diody D7 oraz indukcyjności L1. W bloku sterowania umieszczono układ generujący sygnał PWM o częstotliwości 20kHz i zmiennym współczynniku wypełnienia przebiegu, zadawanym z regulatora PI. W bloku obciąŝenia zasymulowano liniowo narastający i opadający prąd obciąŝenia zmieniający się w granicach od 20 do 60 amperów. Przykładowe przebiegi czasowe napięcia akumulatora U A oraz napięcia wejściowego U DC przy zadawanym prądzie obcią- Ŝenia I L, przedstawiono na rysunku 14. Przebiegi te uzyskano dla pracy w trybie stabilizacji napięcia na poziomie 36V.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 91/2011 25 range, Advanced Motion Control, 2004, pp. 105-110. [4]. Bogusz P., Korkosz M., Mazurkiewicz A., Prokop J.: Badania silnika BLDC przeznaczonego do lotniczego napędu hybrydowego. Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne nr 86, 2010, wyd. BOBRME Komel, s. 79-82. Rys. 14. Przebiegi czasowe prądu obciąŝenia (górny), napięcia akumulatora (środkowy), napięcia na kondensatorze (dolny) 5. Wnioski W niniejszym artykule dokonano analizy pracy maszyny z magnesami trwałymi montowanymi powierzchniowo w zakresie pracy generatorowej, którą przewidziano do zastosowania w hybrydowym szeregowym napędzie bezzałogowego aparatu latającego. Na podstawie przeprowadzonej analizy symulacyjnej moŝna stwierdzić, Ŝe: Zastosowanie wysokoenergetycznych magnesów trwałych daje moŝliwość uzyskania wysokiej gęstości mocy z małej masy i gabarytów maszyny. PoniewaŜ rozpatrywany generator nie ma moŝliwości płynnej regulacji strumienia oraz uzyskana na podstawie obliczeń charakterystyka zewnętrzna nie jest dość sztywna, konieczna jest stabilizacja prądu i napięcia ładowania akumulatora. Przedstawiony układ stabilizacji prądu i napięcia ładowania akumulatora zapewnia wystarczającą stabilizację na zadanym poziomie przy zakładanym zakresie zmienności obciąŝenia. 6. Literatura [1]. Zhuoran Zhang; Yangguang Yan; Shanshui Yang; Zhou Bo; Development of a New Permanent- Magnet BLDC Generator Using 12-Phase Half- Wave Rectifier, IEEE Transactions Industrial Electronics, Vol. 56, No. 6, 2009, pp. 2023 2029. [2]. Hyung-Woo Lee; Tae-Hyung Kim; Ehsani, M.; Practical control for improving power density and efficiency of the BLDC generator, IEEE Transactions On Power Electronics, Vol. 20, No. 1, January 2005, pp. 192-199. [3]. Bajec, P.; Pevec, B.; Voncina, D.; Miljavec, D.; Nastran, J.; Novel AC-DC converter control principle for automotive BLDC generator in low-speed Praca wykona w ramach projektu badawczego 0576/R/2/T02/2007/03 Badania przeprowadzono z zastosowaniem oprogramowania AUTODESK INVENTOR zakupionego w wyniku realizacji Projektu nr POPW.01.03.00-18-012/09 "Rozbudowa infrastruktury naukowo-badawczej 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. Autorzy dr inŝ. Piotr Bogusz, pbogu@prz.edu.pl dr inŝ. Mariusz Korkosz, mkosz@prz.edu.pl dr inŝ. Adam Mazurkiewicz, madam@prz.edu.pl dr inŝ. Jan Prokop, jprokop@prz.edu.pl Politechnika Rzeszowska Wydział Elektrotechniki i Informatyki ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów