Abstract This article addresses the problem of sensorless control of a squirrel-cage induction generator (SCIG) used as a shaft generator in shipboard DC power systems. The work is motivated by the growing adoption of DC shipboard microgrids, where robust and cost-effective generators without mechanical sensors are desirable. A mathematical model of the SCIG in α-β and d-q reference frames is derived and discretized, enabling efficient real-time implementation on a DSP–FPGA control platform. Building on this model, the paper proposes a hybrid current–voltage observer that combines a current-model estimator (effective at low speed) with a voltage-model estimator (accurate at medium and high speed). PI-based compensating voltages are introduced to suppress numerical integration drift and reduce sensitivity to stator resistance variation, ensuring accurate estimation of rotor flux, flux angle, and rotational speed. The excitation process of the generator is analysed with respect to initial DC-link voltage, shaft speed, and loss currents, and criteria for successful self-excitation are identified. The proposed algorithm is validated through time-domain simulations and laboratory experiments on a 3 kW SCIG system. Results show close agreement between simulation and measurements, stable DC-link voltage regulation under varying load and speed, and reliable sensorless operation that is comparable to, or more robust than, encoder-based systems in the presence of EMI. The study confirms the practical suitability of the hybrid observer for shipboard SCIG applications over a wide rotational speed operating range.
W artykule przedstawiono metodę upraszczającą proces technologiczny wykonywania spiralnych kanałów cieczowego chłodzenia maszyn elektrycznych, opartą na połączeniu konwencjonalnej obróbki skrawaniem z technologią druku 3D. Zastosowanie odpowiednio ukształtowanego wkładu wykonanego w technologii przyrostowej, w połączeniu z konwencjonalną obróbką równoległych kanałów, umożliwia uzyskanie spiralnego przebiegu przepływu cieczy chłodzącej. Powszechnie stosowane metody, takie jak obróbka CNC, są czasochłonne i kosztowne, potencjalnie nieuzasadnione ekonomicznie w przypadku prototypowania lub produkcji jednostkowej. Zastosowaniu hybrydowego procesu technologicznego pozwala na skrócenie czasu wytwarzania oraz redukcję nakładów produkcyjnych, przy jednoczesnym zachowaniu wymaganej funkcjonalności i niezawodności układu chłodzenia.
EN
This paper presents a method for simplifying the manufacturing process of spiral liquid cooling channels in electric machines by combining conventional machining with 3D printing technology. A specially shaped insert produced using additive manufacturing, together with traditionally machined parallel channels, enables the creation of a spiral fluid flow path. Commonly used methods, such as CNC machining, are time-consuming and expensive, which may be economically unjustified in the case of prototyping or small-scale production. The use of a hybrid manufacturing process allows for reduced production time and effort while maintaining the required functionality and reliability of the cooling system.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Electric machines can be excited with neodymium or ferrite magnets. Currently, neodymium magnets are widely used. The price of neodymium magnets increases every year, which affects the price of electric machines. In the article, on the example of synchronous generators with the number of pole pairs p = 2 and the same external dimensions of the magnetic circuit: D1=135 mm and lFe=100 mm, the rated power of machines excited by neodymium and ferrite magnets has been determined.
PL
Maszyny elektryczne można wzbudzać magnesami neodymowymi lub ferrytowymi. Obecnie powszechnie stosowane są magnesy neodymowe. Cena magnesów neodymowych rośnie z roku na rok, co wpływa na cenę maszyn elektrycznych. W artykule, na przykładzie generatorów synchronicznych o liczbie par biegunów p = 2 i takich samych wymiarach zewnętrznych obwodu magnetycznego: D1=135 mm i lFe=100 mm, obliczono moc znamionową maszyn wzbudzanych magnesami neodymowymi i ferrytowymi.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Maszyny elektryczne można wzbudzać magnesami neodymowymi lub ferrytowymi. Obecnie powszechnie stosowane są magnesy neodymowe. Cena magnesów neodymowych rośnie z roku na rok, co wpływa na cenę maszyn elektrycznych. W artykule, na przykładzie generatorów synchronicznych o liczbie par biegunów p = 2 i takich samych wymiarach zewnętrznych obwodu magnetycznego: D1=135 mm i lFe=100 mm, obliczono moc znamionową maszyn wzbudzanych magnesami neodymowymi i ferrytowymi.
EN
Electric machines can be excited with neodymium or ferrite magnets. Currently, neodymium magnets are widely used. The price of neodymium magnets increases every year, which affects the price of electric machines. In the article, on the example of synchronous generators with the number of pole pairs p = 2 and the same external dimensions of the magnetic circuit: D1=135 mm and lFe=100 mm, the rated power of machines excited by neodymium and ferrite magnets has been determined.
The article presents the latest solution of the ZZB battery power unit for the working system of SWS-1700ENB self-propelled blast truck, developed at the KOMAG Institute of Mining Technology in Gliwice. Use of an internal electric charger allows charging the ZZB batteries assembly from the power grid with a rated voltage of 500V and 1000V without the need for the blast truck to travel to the charging place with the possibility of charging the batteries from the electric generator while the vehicle is driving. SWS-1700ENB self-propelled blast truck, manufactured by Lena Wilków Sp. z o. o. with the ZZB assembly is intended for use in underground, non-methane mining plants extracting metal ores and underground, non-methane mining plants extracting minerals other than hard coal and metal ores.
Małe elektrownie wodne budowane na małych rzekach powinny być: tanie, bezobsługowe i pracować niezawodnie. W artykule przedstawiono dwa rodzaje prądnic dedykowanych do tych elektrowni: indukcyjną klatkową i wzbudzaną magnesami trwałymi. Katalogowy silnik indukcyjny klatkowy może być wykorzystany jako prądnica indukcyjna połączona z siecią elektroenergetyczną. Z sieci pobiera moc bierną indukcyjną konieczną do wzbudzenia. W pracy samotnej prądnica wymaga wzbudzania z kondensatora o dobranej pojemności. Jest to najprostsze i najtańsze rozwiązanie prądnicy. Prądnica z magnesami trwałymi może pracować samotnie lub może być połączona z siecią poprzez falownik. Gabaryt, masę i cenę prądnic można zmniejszyć stosując przekładnie mechaniczną podwyższającą prędkość obrotową prądnicy. Przedstawiono też kompaktowy agregat prądotwórczy, w którym turbina wodna jest zabudowana wewnątrz rury, a na rurze od strony zewnętrznej jest osadzona prądnica z magnesami trwałymi.
EN
Small hydropower plants built on streams should be: cheap, maintenance-free and work-reliable. The article presents two types of generators dedicated to these type of power plants: squirrel-cage inductive and permanent magnet induced. The catalog squirrel-cage induction motor can be used as an induction generator connected to the power grid. It draws the inductive reactive power, necessary for excitation, from the power grid. In solitary operation, the generator needs to be excited with the use of a capacitor of a selected capacity. It is the simplest and the cheapest generator solution. The permanent magnet generator can work in solitary operation or be connected to the grid via an inverter. The size, weight and price of generators – all can be reduced by using mechanical gears that increase the rotational speed of the generator. Also presented is a compact power generator in which the water turbine is built inside the pipe, and a generator with permanent magnets is mounted on the outside of the pipe.
W artykule przeanalizowano przyczynę uszkodzeń prądnico-rozruszników lotniczych PR-9. Podano działania mające na celu uniknięcia awarii prądnico-rozruszników przy pracy silnikowej, tj. przy uruchamianiu silnika turboodrzutowego samolotu „Iryda”. Artykuł jest przedrukiem publikacji zamieszczonej w nr 52 czasopisma „Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe” z roku 1996.
EN
The article analyzes the cause of damage to the PR-9 aircraft generator-starters. Measures are given to avoid the failure of generators and starters during engine operation, i.e. when starting the turbojet engine of the "Iryda" aircraft. The article is a reprint of a publication published in No. 52 of the journal "Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe" from 1996.
Producenci maszyn elektrycznych w dokumentacji techniczno-ruchowej (DTR) zabezpieczają warunki gwarancji. Jeśli właściciel silnika nie przestrzega zaleceń eksploatacyjnych podanych w DTR, to producent silnika odmawia uznania gwarancji. Sprawa trafia do sądu. Biegły sądowy lub ekspert, w oparciu o ograniczone informacje o eksploatacji i awarii silnika, opracowuje opinie. W artykule przedstawiono przykład takiej sprawy i konkluzję opinii biegłego sądowego.
EN
Manufacturers of electrical machines in the Operation and Maintenance Documentation provide the warranty conditions. If the engine owner does not comply with the operating recommendations given in the Operation and Maintenance Manual, the engine manufacturer refuses to accept the warranty. The case goes to the court. A forensic expert or an expert prepares opinions based on limited information on the operation and failure of the engine. The article presents an example of such a case and the conclusion of the opinion of a court expert.
Instytut „Komel” wywodzi się z Centralnego Biura Konstrukcji Maszyn Elektrycznych (CBKME) w Katowicach, które zorganizował prof. Zygmunt Gogolewski w 1948 r. W 1958 r. CBKME połączono z ZWSME (Zakłady Wytwórcze Specjalnych Maszyn Elektrycznych) w Katowicach i utworzono Zakłady Konstrukcyjno-Doświadczalne Przemysłu Maszyn Elektrycznych (ZKDPME). W toku kilku dalszych przekształceń powstał obecny Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych „Komel”, który w 2019 r. włączono do Sieci Badawczej Łukasiewicz. Instytut „Komel” w 2023 r. będzie obchodził jubileusz 75-lecia.
EN
The "Komel" Institute is derived from the Central Bureau of Electrical Machines Design (CBKME) in Katowice, which was organized by prof. Zygmunt Gogolewski in 1948. In 1958 CBKME was merged with ZWSME (Zakłady Wytwórcze Specjalnych Maszyn Elektrycznych) in Katowice and the Design and Experimental Works of Electrical Machines Industry (Zakłady Konstrukcyjno-Doświadczalne Przemysłu Maszyn Elektrycznych ZKDPME) was established. In the course of several further transformations, the current Institute of Electric Drives and Machines "Komel" was established and included in the Łukasiewicz Research Network. The "Komel" Institute in 2023 will celebrate its 75th anniversary.
Badania diagnostyczne stanu izolacji zwojowej metodą fali rozmytej polegają na wyłączeniu prądu w obwodzie z badaną cewką lub uzwojeniem. Generuje to falę napięciową, którą można zaobserwować na zaciskach cewki lub uzwojenia. Częstotliwość generowanego napięcia zależy od parametrów uzwojenia i może służyć do porównywania stanu technicznego badanych cewek lub uzwojeń.
EN
Diagnostic tests of condition of turn-to-turn insulation, using the method of fuzzy wave is based on breaking the current in the circuit with tested coil or winding. This generates a voltage wave, which can be observed on terminals of coil or winding. The frequency of generated voltage depends on the parameters of the winding and can be used to compare the technical condition of tested coils or windings.
W artykule przedstawiono koncepcję stanowiska do symulacji układu napędowego z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych dla pojazdów jednośladowych i program badań laboratoryjnych przeprowadzonych w sposób zdalny. W celu przeprowadzenia badań w trybie zdalnym połączono się z komputerem znajdującym się w laboratorium za pomocą programu TightVNC oraz z serwerami Politechniki Śląskiej poprzez EduVPN.
EN
The article presents the concept of a station for the simulation of a permanent magnet synchronous motor drive system for singletrack vehicles and a program of laboratory tests carried out remotely. In order to conduct the study in remote mode, a computer located in the laboratory was connected using the TightVNC program and connecting to the servers of the Silesian University of Technology through EduVPN.
Przedstawiono silniki napędowe pojazdów elektrycznych. Najprostszym rozwiązaniem samochodu elektrycznego jest zastąpienie spalinowego układu napędowego elektrycznym układem napędowym. Do każdego pojazdu elektrycznego, prezentowanego w artykule, elektryczny silnik napędowy był opracowany w Instytucie Komel. W pojazdach drogowych są to silniki synchroniczne z magnesami trwałymi BLSM wykonane w Instytucie Komel, a w pojazdach trakcyjnych są to silniki indukcyjne klatkowe produkowane przez ZME Emit. W wózku inwalidzkim silniki są zabudowane w kołach jezdnych. Silnik do zabudowy w kołach jezdnych samochodu jest na etapie opracowania i wykonania silników modelowych.
EN
The drive motors of electric vehicles are presented. The simplest solution for an electric car is to replace the combustion drive with an electric drive. For each electric vehicle presented in the article, an electric drive motor was developed at the Komel Institute. In road vehicles, these are synchronous permanent magnet motors BLSM manufactured at the Komel Institute, and in traction vehicles they are squirrel-cage induction motors produced by ZME Emit. In a wheelchair, the motors are built into the running wheels. The engine to be installed in the car's road wheels is at the stage of development and production of model engines.
W artykule przedstawiono krótką historię rozwoju maszyn elektrycznych. Scharakteryzowano magnesy trwałe wykorzystywane w budowie maszyn elektrycznych. Omówiono obwody magnetyczny i elektryczny mikromaszyn prądu stałego wzbudzanych magnesami ferrytowymi. Przeprowadzono podział maszyn elektrycznych wzbudzanych magnesami trwałymi NdFeB zasilanych z komutatora energoelektronicznego na prądu stałego BLDCM i synchroniczne BLSM. Właściwości regulacyjne prędkości obrotowej silników BLDCM i BLSM porównano ze wzorcem, którym jest silnik prądu stałego. W podsumowaniu wymieniono zalety maszyn BLDCM i BLSM w porównaniu do innych maszyn.
EN
The article presents a short history of the development of electrical machines. Permanent magnets used in the construction of electrical machines are characterized. The magnetic and electric circuits of DC micromachines excited by ferrite magnets are discussed. The electric machine excited by permanent magnets NdFeB powered by an electric commutator was divided into direct current BLDCM and synchronous BLSM. The rotational speed control properties of BLDCM and BLSM motors were compared with the model which is a DC motor. The summary lists the advantages of BLDCM and BLSM machines compared to other electric machines.
Monitorowanie stanu elementów napędu elektrycznego pojazdów elektrycznych jest kluczowym zagadnieniem w celu zapewnienia jak największej bezawaryjności maszyny oraz służy zminimalizowaniu kosztów związanych z ewentualnymi usterkami czy awariami. Artykuł przedstawia koncepcję systemu monitorującego wybrane sygnały diagnostyczne za pomocą kart pomiarowych oraz sensorów telefonu komórkowego – smartfonu. Badania przeprowadzono na pokładzie tramwaju miejskiego, gdzie monitorowano pracę silników indukcyjnych klatkowych będącymi głównymi elementami układu napędowego. Zebrane dane przy pomocy karty pomiarowej i czujników smartfonu, zestawiono i porównano w celu wyciągnięcia wniosków diagnostycznych.
EN
Monitoring the condition of the electric drive components of electric vehicles is a key issue in order to ensure the greatest possible uptime of the machine and is used to minimize the costs associated with possible faults or failures. The article presents the concept of a system for monitoring selected diagnostic signals with the use of measurement cards and sensors of a mobile phone - smartphone. The tests were carried out on board a city tram where the squirrel cage induction motors, which are the main elements of the drive system, was monitored. The data collected with the measurement card and smartphone sensors were summarized and compared to draw diagnostic conclusions.
Production deviations have a remarkable effect on the radiated sound of electrical machines, introducing additional signal components besides the fundamental field waves which significantly change and enrich the subjectively perceived sound characteristic. In literature these harmonics are mainly traced back to dynamic eccentricity, which modulates the fundamental field waves. In this paper a thorough mechanic and electromagnetic analysis of a modern, well-constructed traction drive (permanent magnet synchronous machine) is performed to show that for this typical rotor configuration dynamic eccentricity is negligible. Instead, deviations in the rotor magnetization are shown to be the dominant cause for vibration harmonics.
W pracy krótko omówiono historię zjawiska magnetyzmu oraz podstawowe cechy współczesnych magnesów trwałych. Spośród licznych zastosowań magnesów trwałych, szczególną uwagę zwrócono na przykłady bezstykowych układów transformacji energii mechanicznej - przekładni magnetycznych. Omówiono budowę, zasadę działania, wady i zalety oraz najważniejsze zjawiska występujące we współosiowej przekładni magnetycznej. Opisano stanowisko badawcze wraz z prototypami oraz przedstawiono charakterystyki sprawności takiego przetwornika.
EN
The paper briefly discusses the history of the phenomenon of magnetism and the basic features of modern permanent magnets. Among the numerous applications of permanent magnets, special attention has been paid to the examples of contactless systems of mechanical energy transformation - magnetic gears. The structure, principle of operation, advantages and disadvantages as well as the most important phenomena occurring in the coaxial magnetic transmission are discussed. The test stand with prototpes was described and the efficiency characteristics of such a converter were presented.
W artykule przedstawiono koncepcyjną wersję prototypowego pojazdu opartego na zasilaniu czysto-elektrycznym. Przedstawione zostały główne zalety oraz wady takiego rozwiązania. Rozszerzająca się ochrona środowiska kierunkuje rozwój branży automotive w stronę jak najmniejszej emisji toksyn do otoczenia. Jednocześnie wymagane jest zapewnienie użytkownikowi możliwości do pokonania żądanej trasy bez konieczności postoju. Ze względu na ograniczenia techniczne rozpatrywane zagadnienie tyczy się pojazdu przeznaczonego do ruchu miejskiego niemuszącego pokonywać dalekich tras.
EN
The article presents a conceptual version of a prototype vehicle based on purely electric power. The main advantages and disadvantages of such a solution were presented. Expanding environmental protection is driving the development of the automotive industry towards the lowest possible emission of toxins to the environment. At the same time, it is required to provide the user with the opportunity to overcome the desired route without stopping. Due to technical limitations, the issue in question concerns a vehicle intended for urban traffic that does not have to travel long distances.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Transformatory są znamionowane na moc wydawaną. Moc pobierana z sieci elektroenergetycznej jest większa o straty mocy w rdzeniu transformatora i w uzwojeniach. Sumaryczne straty mocy wynoszą ok. 1% mocy znamionowej. Moc pola magnetycznego w rdzeniu transformatora jest mocą średnią z mocy pobieranej i mocy oddawanej.
Aby poprawić niezawodność działania maszyn elektrycznych w długim okresie eksploatacji, należy systematycznie przeprowadzać testy diagnostyczne. Uzasadnia to monitorowanie maszyn, zwłaszcza tych, które nie mają rezerwy w miejscu pracy: agregatów prądotwórczych, maszyn wyciągowych w kopalniach itp. Problem monitorowania i diagnostyki maszyn elektrycznych koncentruje się na ocenie stanu technicznego układu mechanicznego i obwodu elektromagnetycznego. W artykule opisano cele zdalnego monitorowania i diagnostyki stanu technicznego maszyn elektrycznych. Opisano również urządzenia stosowane przez pracowników Laboratorium Instytutu Komel do monitorowania i diagnozowania maszyn elektrycznych oraz wyniki badań przeprowadzonych na maszynach elektrycznych w różnych stanach technicznych. Do monitorowania wykorzystuje się sieć GSM z transmisją danych. Sygnały diagnostyczne i infrastruktura techniczna do przesyłania danych pomiarowych jest również opisana w artykule.
EN
To improve operational reliability of electrical machines over a long period of time, the diagnostic tests should be performed systematically. This justifies the monitoring of machines, particularly those which do not have the reserve at the workplace: the power generators, hoisting machines in mines, etc. The issue of monitoring and diagnostics of electrical machines is focused on assessing the technical condition of the mechanical system and the electromagnetic circuit. In this article, the objectives of remote monitoring and diagnostics of technical condition of electrical machines are described. Devices used by staff of Laboratory of Komel to monitor and diagnose electrical machines, results of tests performed on electrical machines in different technical condition are also described. In order to run monitoring, GSM network is used. Diagnostic signals and technical infrastructure for the transmission of measurement data are described in the article.
Maszyna elektryczna z magnesami trwałymi i dwoma twornikami ma umieszczony między jarzmami rdzeń dławika. Rdzeń o kształcie toroidu jest uzwojony. Boki zwojów dławika są umieszczone w żłobkach promieniowych: w jarzmach tworników bądź w rdzeniu dławika. Wirnik, z zamocowanymi magnesami trwałymi, dla obydwu maszyn jest wspólny. Strumień wzbudzenia Φ każdego z tworników zawiera dwie składowe: składową obwodową Φ1 i składową osiową Φ2. Uzwojenie dławika zasilane jest prądem stałym. Wartość prądu determinuje nasycenie rdzenia i zmienia reluktancję rdzenia dla strumienia Φ2. Zwiększając zatem prąd, zwiększa się reluktancję w obwodzie strumienia Φ2, strumień Φ2 zmienia się i tym samym zmniejsza się strumień wzbudzenia Φ każdego z tworników.
EN
The permanent magnet electric machine with two armatures has a choke core located between the yokes. The toroid-shaped core is wound. The sides of the throttle coils are located in radial slots: in the armature yokes or in the throttle core. The rotor, with permanent magnets attached, is common to both machines. The excitation flux of each armature contains two components: a peripheral component and an axial component. Choke winding powered by DC. The current value determines the saturation of the core and changes the core’s reluctance for the flux. Therefore, by increasing the current, the reluctance in the flux circuit increases, the flux changes, and thus the excitation flux of each armature decreases.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.