This paper presents the design and selected test results of a brushless DC motor and control system designed for the railroad crossing barrier drive EEG-3. The magnetic circuit calculations of the motor were conducted using finite element program – FEMM 4.2. The stator and rotor plates of the motor were made by laser cutting. Such technology makes it possible to place the magnets inside the rotor, which significantly simplifies the rotor fabrication technology and ensures the certainty of magnet attachment. To control the position of the rotor relative to the stator, three slot optocouplers were used, which cooperate with the with the motor control system. The control system uses a low-voltage inverter whose transistors are controlled by a microprocessor. This microprocessor interacts with external signals - "up" and "down" - which open or close the railway crossing, as well as with limit switches that stop the drive once the upper or lower end position is reached.
PL
W pracy przedstawiono konstrukcję układu napędowego do wentylatora małej mocy. Układ ten składa się z bezszczotkowego silnika prądu stałego (BLDC) i niskonapięciowego falownika. Wirnik silnika zbudowany jest z czterech przesuniętych względem siebie warstw, wewnątrz których umieszczone są magnesy trwałe. Taka konstrukcja minimalizuje moment zaczepowy maszyny i gwarantuje bezawaryjną pracę (brak możliwości oderwania się magnesów). Niskonapięciowy falownik zapewnia regulację prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie i ogranicza prąd rozruchowy silnika. W pracy wyjaśniono algorytm sterowania bezczujnikowego zmniejszającego cenę napędu (brak czujników położenia i ich okablowania), porównano silnik dotychczas stosowany z nowym silnikiem i pokazano istotne zmniejszenie poboru mocy przez nowy napęd.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono konstrukcję układu napędowego do wentylatora małej mocy. Układ ten składa się z bezszczotkowego silnika prądu stałego (BLDC) i niskonapięciowego falownika. Wirnik silnika zbudowany jest z czterech przesuniętych względem siebie warstw, wewnątrz których umieszczone są magnesy trwałe. Taka konstrukcja minimalizuje moment zaczepowy maszyny i gwarantuje bezawaryjną pracę (brak możliwości oderwania się magnesów). Niskonapięciowy falownik zapewnia regulację prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie i ogranicza prąd rozruchowy silnika. W pracy wyjaśniono algorytm sterowania bezczujnikowego zmniejszającego cenę napędu (brak czujników położenia i ich okablowania), porównano silnik dotychczas stosowany z nowym silnikiem i pokazano istotne zmniejszenie poboru mocy przez nowy napęd.
EN
This paper presents the design and selected test results of a brushless DC motor and control system designed for the railroad crossing barrier drive EEG-3. The magnetic circuit calculations of the motor were conducted using finite element program – FEMM 4.2. The stator and rotor plates of the motor were made by laser cutting. Such technology makes it possible to place the magnets inside the rotor, which significantly simplifies the rotor fabrication technology and ensures the certainty of magnet attachment. To control the position of the rotor relative to the stator, three slot optocouplers were used, which cooperate with the with the motor control system. The control system uses a low-voltage inverter whose transistors are controlled by a microprocessor. This microprocessor interacts with external signals - "up" and "down" - which open or close the railway crossing, as well as with limit switches that stop the drive once the upper or lower end position is reached.
Hybrid excitation in electrical machines is a technology that combines the advantages of field windings and permanent magnets for exciting magnetic flux. Hybrid excitation with controllable flux gives specific benefits that can be used in applications, such as electric vehicle motors and wind power generators. The paper presents an analysis of the influence of additional magnets and iron components embedded in rotor geometry on magnetic flux control of the Electric Controlled Permanent Magnet Synchronous machine (ECPMS-machine). 3D-finite element analyses of no-load magnetic flux density distribution, magnetic flux linkage, back electromotive force (BEMF) characteristics performed at different field windings conditions of the machine in three rotor design cases have been carried out and discussed. Experimental verification on the machine prototype with a selected case of the rotor design has been performed.
W artykule przedstawiono twórczość profesora Józefa Rabieja. Wykształcenie uzyskał w 1935 roku na Politechnice Wolnego Miasta Gdańsk. Po studiach pracował w przemyśle w biurze elektryfikacji warszawskiego węzła kolejowego, a w czasie okupacji hitlerowskiej został wywieziony na roboty przymusowe do Niemiec. Po wojnie rozpoczął pracę w Gorzowie Wielkopolskim. W roku 1948 przeniósł się do Szczecina, gdzie podjął pracę w Szkole Inżynierskiej w charakterze wykładowcy. Pełnił funkcje dziekana Wydziału Elektrycznego Szkoły Inżynierskiej w Szczecinie, prorektora i rektora tej uczelni. W 1959 roku uzyskał tytuł docenta, a w roku 1970 profesora nadzwyczajnego. Był długoletnim działaczem Stowarzyszenia Elektryków Polskich. Wybitny konstruktor maszyn elektrycznych, zbudował innowacyjny silnik elektryczny trójfazowy o płynnej regulacji obrotów. Zmarł przedwcześnie 27 maja 1974 roku.
EN
This paper discusses the work of Professor Józef Rabiej. He received his education in 1935 at the Polytechnic of the Free City of Gdańsk. After his studies, he worked in industry at the electrification office of the Warsaw railway junction. During the Nazi occupation, he was deported to Germany for forced labor. After the war, he began working in Gorzów Wielkopolski. In 1948, he moved to Szczecin, where he took a position as a lecturer at the School of Engineering. He served as Dean of the Electrical Faculty, Vice-Rector, and Rector of this institution. In 1959, he was awarded the title of docent, and in 1970, he became an associate professor. He was a long-time activist in the Association of Polish Electrical Engineers. As an outstanding distinguished designer of electrical machines, he built an innovative three-phase electric motor with smooth speed control. He passed away prematurely on May 27, 1974.
W artykule przedstawiono zagadnienia związane ze zjawiskami dotyczącymi występowania napięć łożyskowych w maszynach elektrycznych zasilanych z przemienników częstotliwości. Przedmiotem analizy jest metoda bazująca na zastosowaniu uzwojenia ekranującego umieszczonego w klinach żłobkowych stojana. Analizę wpływu uzwojenia ekranującego na przebiegi napięć łożyskowych dokonano na podstawie modeli obwodowych z przekształtnikiem dwupoziomowym. Otrzymane wyniki obliczeń wskazują na wysoki potencjał w ograniczaniu napięć łożyskowych.
EN
In the article issues related to the phenomena of bearing voltages in electrical machines powered by frequency converters are presented. The subject of the analysis is a method based on the use of a shielding winding placed in the slot wedges of the stator. The analysis of the influence of the shielding winding on the bearing voltage waveforms was made on the basis of circuit models with a two-level converter. The obtained calculation results indicate a high potential in reducing bearing voltages.
W pracy przedstawiono konstrukcję i wybrane wyniki badań bezszczotkowego silnika prądu stałego przeznaczonego do kolejowego napędu rogatkowego. Obliczenia obwodu magnetycznego silnika przeprowadzono w programie FEMM 4.2. Blachy stojana i wirnika silnika wykonano metodą cięcia laserowego. Taka technologia umożliwia umieszczenie magnesów wewnątrz wirnika, co w znaczący sposób upraszcza technologię wykonania wirnika i zapewnia pewność mocowania magnesów. Do kontroli położenia wirnika względem stojana zastosowano transoptory szczelinowe współpracujące ze specjalizowanym układem elektronicznym. Silnik zasilany jest z niskonapięciowego falownika, którego tranzystory sterowane są sygnałami mikroprocesora.
W artykule przedstawiono zagadnienia związane ze zjawiskami dotyczącymi występowania napięć łożyskowych w maszynach elektrycznych zasilanych z przemienników częstotliwości. Przedmiotem analizy jest metoda bazująca na zastosowaniu uzwojenia ekranującego umieszczonego w klinach żłobkowych stojana. Analizę wpływu uzwojenia ekranującego na przebiegi napięć łożyskowych dokonano na podstawie modeli obwodowych z przekształtnikiem dwupoziomowym. Otrzymane wyniki obliczeń wskazują na wysoki potencjał w ograniczaniu napięć łożyskowych.
EN
In the article issues related to the phenomena of bearing voltages in electrical machines powered by frequency converters are presented. The subject of the analysis is a method based on the use of a shielding winding placed in the slot wedges of the stator. The analysis of the influence of the shielding winding on the bearing voltage waveforms was made on the basis of circuit models with a two-level converter. The obtained calculation results indicate a high potential in reducing bearing voltages.
W artykule zaprezentowano zarys początków i rozwoju przemysłu maszyn elektrycznych, który miał miejsce na terenie zaborów byłej Rzeczypospolitej Obojga Narodów (do 1918 r.) i II Rzeczypospolitej Polskiej (do 1939 r.). Podjęto próbę charakterystyki ważniejszych zakładów wytwarzających maszyny elektryczne, tak prądu stałego, przemiennego, jak i transformatory. Szczególny nacisk położono na założoną w 1921 r. fabrykę w Żychlinie, która już w okresie międzywojennym stała się jedną z największych w Polsce.
EN
The article presents an outline of the beginnings and development of the electrical machines industry in the partitioned territories of the former Polish-Lithuanian Commonwealth (until 1918) and the Second Republic of Poland (until 1939). An attempt was made to characterise the most important plants producing electrical machines, both direct and alternating current, as well as transformers. Particular emphasis was placed on the factory in Żychlin, established in 1921, which already in the interwar period became one of the largest in Poland.
W artykule zaprezentowano zarys początków i rozwoju przemysłu maszyn elektrycznych, który miał miejsce na terenie zaborów byłej Rzeczypospolitej Obojga Narodów (do 1918 r.) i II Rzeczypospolitej Polskiej (do 1939 r.). Podjęto próbę charakterystyki ważniejszych zakładów wytwarzających: maszyny elektryczne, tak prądu stałego, przemiennego, jak i transformatory. Szczególny nacisk położono na założoną w 1921 r. fabrykę w Żychlinie, która już w okresie międzywojennym stała się jedną z największych w Polsce.
EN
The article presents an outline of the beginnings and development of the electrical machines industry in the partitioned territories of the former Polish-Lithuanian Commonwealth (until 1918) and the Second Republic of Poland (until 1939). An attempt was made to characterise the most important plants producing electrical machines, both direct and alternating current, as well as transformers. Particular emphasis was placed on the factory in Żychlin, established in 1921, which already in the interwar period became one of the largest in Poland.
The issue of the equivalent scheme parameter identification for the insulation system in an electrical machine is discussed in the paper. The presented method is based upon a recorded voltage waveform, and Artificial Bee Colony algorithm is used in calculations. A numerical example is presented.
PL
W artykule przedstawiono problem identyfikacji parametrów schematu zastępczego układu izolacyjnego maszyny elektrycznej. Zaproponowana metoda identyfikacji wykorzystuje zarejestrowane przebiegi napicia i algorytm roju pszczelego (Artificial Bee Colony Algorithm). Zamieszczono przykład obliczeniowy.
W artykule zamieszczono najważniejsze informacje na temat możliwości potencjalnego wpływu środowiska elektromagnetycznego na eksploatację napędu BLDC. W szczególności zaprezentowane zostały wyniki badań odporności bezzałogowego statku powietrznego BSP z napędem BLDC na wyładowania elektryczności statycznej ESD wykonane w akredytowanym Laboratorium Badań Kompatybilności Elektromagnetycznej i Pomiarów Pól Elektromagnetycznych Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia. Omówiono zakres przeprowadzonych badań, uzyskane wyniki oraz wymagania normatywne w tym zakresie.
EN
The most important information regarding possibility of electromagnetic environment effects on BLDC drive operation were presented in this article. In particular, this paper presents tests results on the drone with BLDC power unit throughout ESD immunity tests performed in accredited Laboratory of Electromagnetic Compatibility Testing and Electromagnetic Field Measurements of the Military Institute of Armament Technology. This paper also covers range of performed tests, obtained results and standard requirements regarding this test range.
Celem artykułu jest przegląd literatury oraz zebranie najważniejszych osiągnięć druku 3D w dziedzinie maszyn elektrycznych. Technologia druku 3D wykorzystywana jako produkcja addytywna (przyrostowa, dodatkowa) w Przemyśle 4.0 może znacznie ułatwić wykonywanie prototypów nowych, skomplikowanych geometrycznie elementów, skrócić czas ich produkcji, dzięki czemu zmniejszą się nakłady finansowe. Druk 3D umożliwia drukowanie dowolnych geometrii zaprojektowanych w środowisku CAD z materiałów o różnych właściwościach mechanicznych, tak jak i elektrycznych czy magnetycznych, których wykonanie konwencjonalnymi metodami zajęłoby znacznie więcej czasu. W technologii druku 3D należy zwrócić szczególną uwagę podczas obróbki końcowej, czy element nie jest nigdzie zdeformowany lub pęknięty. W przemyśle maszyn elektrycznych w wielu aplikacjach wymagane są skomplikowane struktury, których wykonanie na etapie projektowania jest bardzo kosztowne. Technologia druku 3D może przyspieszyć etap wykonywania prototypów specjalnych maszyn elektrycznych przez wydrukowanie modelu rzeczywistego lub pomniejszonego i sprawdzenie jego parametrów z wykonanymi wcześniej analizami.
EN
3D printing technology used as additive manufacturing (incremental, additional) in industry 4.0 can significantly facilitate making new prototypes, which are geometrically complicated, reduce their production time, and can reduce the financial overhead 3D printing technology can print any geometric designs in a CAD environment with materials characterized by different mechanical, electrical or magnetic properties, which performance using standard methods would take much more time. In 3D printing technology, it should be taken into account during finishing that the element is not deformed or cracked anywhere. In the field of electrical machines, many applications require complex structures that are very expensive in conventional process. 3D printing technology can accelerate the stage of making prototypes of electrical machines, by printing a real or reduced model, and perform its parameters with previously performed analyzes.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule zaprezentowano zarys początków i rozwoju przemysłu maszyn elektrycznych, który miał miejsce na terenie zaborów byłej Rzeczypospolitej Obojga Narodów (do 1918 r.) i II Rzeczypospolitej Polskiej (do 1939 r.). Podjęto próbę charakterystyki ważniejszych zakładów wytwarzających maszyny elektryczne tak prądu stałego, przemiennego, jak i transformatory. Szczególny nacisk położono na założoną w 1921 r. fabrykę w Żychlinie, która już w okresie międzywojennym stała się jedną z największych w Polsce.
EN
The article presents an outline of the beginnings and development of the electrical machines industry in the partitioned territories of the former Polish-Lithuanian Commonwealth (until 1918) and the Second Republic of Poland (until 1939). An attempt was made to characterise the most important plants producing electrical machines, both direct and alternating current, as well as transformers. Particular emphasis was placed on the factory in Żychlin, established in 1921, which already in the interwar period became one of the largest in Poland.
W ostatnich latach technologia produkcji addytywnej (additive manufacturing), zwana powszechnie drukiem 3D, przechodzi dynamiczny rozwój, a zainteresowanie przemysłu tą technologią rośnie, nie tylko jako metody szybkiego prototypowania (rapid prototyping), lecz także jako sposób wykonywania gotowych obiektów. W niniejszym artykule omówiono rodzaje druku 3D, w szczególności metodę Fused Deposition Modelling (FDM), a także przedstawiono zastosowanie technologii druku 3D w kontekście produkcji maszyn elektrycznych.
EN
3D printing technology have been developing rapidly in the last years. The industry is interested in both the production of prototypes and final parts using additive manufacturing. The paper presents 3D printing technologies and materials from which it is possible to print using this technology. In this article are presented the use of 3D printing in the production of electrical machines.
W artykule przedstawiono podstawowe informacje dotyczące zjawiska napięć i prądów łożyskowych w maszynach elektrycznych. Omówiono podstawowe zagadnienia dotyczące przyczyn występowania zjawisk zarówno w przypadku zasilania maszyny bezpośrednio z sieci jak i przy zasilaniu z przekształtników energoelektronicznych. Zaprezentowano również nowe metody ograniczania napięć łożyskowych bazujące na dodatkowym uzwojeniu pomocniczym nawiniętym wokół jarzma stojana oraz na uzwojeniu ekranującym umieszczonym wewnątrz klinów żłobkowych stojana.
EN
The article presents basic information on the phenomenon of bearing voltages and currents in electrical machines. The basic issues concerning the causes of the described phenomena were discussed, both in the case of powering the machine directly from the AC grid as well as in the case of powering from power electronic converters. New methods of limiting bearing voltages were also presented: based on an additional auxiliary winding wound around the stator yoke and on a shielding winding located inside the stator slot wedges.
W artykule przedstawiono projekt i budowę uniwersalnego hydrogeneratora modułowego. Maszyna ta spełnia oczekiwania rynku co do trendu wzrostowego produkcji energii elektrycznych z odnawialnych źródeł energii, w szczególności z małych elektrowni wodnych. Generator modułowy posiada trzy identyczne segmenty, każdy o mocy 40 kVA. Segmenty te mogą być dokładane lub odejmowane dzięki czemu moc generowana ulega zwiększeniu lub zmniejszeniu. Uzyskano szeroki zakres prędkości obrotowej oraz generowanej mocy poprzez konfigurację połączeń uzwojenia stojana oraz zastosowanie przekształtnika energoelektronicznego. Wykonane testy pomiarowe wykazały słuszność zakładanych założeń.
EN
This article presents the design and construction of an universal modular hydrogenerator. This machine meets the market expectations regarding the upward trend in the production of electricity from renewable energy sources, in particular from small hydropower plants. The modular generator has got three identical segments, each with a power of 40 kVA. These segments can be added or subtracted so that the generated power is increased or decreased. A wide range of rotational speed and generated power are obtained by configuring the connections of the stator winding and the use of a power electronic converter. The performed measurement tests proved that the assumptions were correct.
To reduce the losses of the power electronic inverter, the voltage slew rate (d u/d t) of the electric motors supplying voltage is increasing. As steep voltage slopes excite high frequencies in the megahertz range, transient phenomena in the winding of the electrical machine occur. To design the insulation system, the maximum electric potential difference between the conducting elements must be predicted. General design rules can lead to a significant overengineering of the interturn insulation, particularly when considering smaller stators with a known wire distribution. Therefore, two different winding topologies are studied comparing the voltage distribution in a round-wire winding and a winding with preformed coils.
Silniki indukcyjne klatkowe są powszechnie stosowane w przemyśle do napędów wszelkiego rodzaju maszyn i urządzeń. W dobie rozwoju automatycznych układów sterowania i wizualizacji napędów wymagają one do zasilania odpowiednich układów energoelektronicznych, znacząco zwiększających ich możliwości regulacyjne. W artykule przedstawiono wymagania stawiane silnikom zintegrowanym z układami energoelektronicznymi w oparciu o wyniki badań silnika zasilanego z softstartu w porównaniu z zasilaniem falownikowym. Zaprezentowano także możliwości pracy silników w trybie automatycznym z wizualizacją pracy napędów.
EN
Induction cage motors are widely used in industry for drives of all types of equipment and machines. In the era of the development of automatic drive control and visualization systems, they require appropriate power electronic systems to significantly increase their control capabilities. The article presents the requirements for motors integrated with power electronics systems based on the results of tests carried out on a soft-start motor in comparison with inverter power supply. Presented is the possibility of working in automatic mode with the visualization of the drive.
W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia optymalizacji procesu od projektowania do wytworzenia silników elektrycznych. W obecnych czasach, przystępując do projektowania maszyn elektrycznych, zwraca się uwagę nie tylko na to, aby powstał wyrób zgodny z założeniami wejściowymi. Uwzględnia się również szereg innych czynników zmierzających do wykonania produktu wysokiej jakości, w możliwie najkrótszym czasie oraz przy jak najniższym koszcie wytworzenia. Poszczególne etapy projektu są analizowane pod kątem unifikacji istniejących rozwiązań.
EN
The article presents selected issues of optimisation of electric motors production from design engineering to final product. Currently, when designing of electrical machines begins, attention is paid to more than merely manufacturing a product in line with the inputs. A number of other factors are taken into account to make a high quality product in the shortest possible time and at the lowest possible cost of production. The individual stages of the project are analysed for the unification of existing solutions.
W artykule zamieszczono najważniejsze informacje na temat możliwości potencjalnego wpływu środowiska elektromagnetycznego na eksploatację napędu BLDC. W szczególności zaprezentowane zostały wyniki badań odporności bezzałogowego statku powietrznego BSP z napędem BLDC na wyładowania elektryczności statycznej ESD wykonane w akredytowanym Laboratorium Badań Kompatybilności Elektromagnetycznej i Pomiarów Pól Elektromagnetycznych Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia. Omówiono zakres przeprowadzonych badań, uzyskane wyniki oraz wymagania normatywne w tym zakresie.
EN
The most important information regarding possibility of electromagnetic environment effects on BLDC drive operation were presented in this article. In particular, this paper presents tests results on the drone with BLDC power unit throughout ESD immunity tests performed in accredited Laboratory of Electromagnetic Compatibility Testing and Electromagnetic Field Measurements of the Military Institute of Armament Technology. This paper also covers range of performed tests, obtained results and standard requirements regarding this test range.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.