Metody stabilizacji napięcia wyjściowego w prądnicach z magnesami trwałymi

• Autorzy: Gawron S.A.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.12.76

Warianty tytułu

EN

Methods for stabilizing the output voltage of permanent magnet synchronous generators

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prądnice wzbudzane magnesami trwałymi mają prostą budowę i najwyższą sprawność ze wszystkich maszyn elektrycznych. Zalety te zadecydowały o szerokim ich zastosowanie w szeregu aplikacjach, głównie w odnawialnych źródłach energii, np. elektrownie wiatrowe. Wadą tych prądnic jest brak regulacji napięcia, co dyskredytuje je do zastosowań na szeroką skalę energetyczną, gdyż nie ma możliwości regulacji współczynnika mocy cosφ. W artykule przedstawiono syntetyczny przegląd konstrukcji prądnic z magnesami trwałymi oraz podstawowe zagadnienia teoretyczne prądnic z magnesami trwałymi. W dalszej części publikacji zaprezentowano szereg sposobów umożliwiających regulację napięcia wyjściowego w prądnicy. Wg autora, najkorzystniejszym rozwiązaniem stabilizacji napięcia wyjściowego w tego typu maszynach jest rozwiązanie prądnicy hybrydowej. Ponieważ już na etapie projektowym można tak konstruować prądnicę, aby jej zakres regulacji wzbudzenia ograniczyć do potrzeb danej aplikacji.

EN

Generators excited with permanent magnets are characterized by simple construction and highest efficiency of all electric machines. These features have determined their wide use in different appliances such as renewable energy sources, e.g. wind power plants. The drawback of these generators is due to the fact that it is not possible to control the output voltage; this prevents their extensive use in power engineering, since power coefficient cosφ is unmanageable. A summarised review of PM generators' designs is presented in the paper as well as basic theoretical issues of these generators. Next, different ways of making it possible to control the output voltage in these machines have been shown. In author's opinion, the most advantageous method of stabilising output voltage in such machines is to use a hybrid-type generator. At the design stage, the PM generator may be constructed so that the excitation control range should be limited in accordance with the demands set by a given application.

Słowa kluczowe

PL

prądnica synchroniczna z magnesami trwałymi; prądnice ze wzbudzeniem hybrydowym; wzbudzenie magnetomotoryczne; regulacja wzbudzenia

EN

synchronous generator; permanent magnets; alternator; hybrid synchronous generator

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 12
• Strony: 299--304
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gawron S.A.

• Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL, Al. Roździeńskiego 188, 40-203 Katowice

Bibliografia

• [1] Amara Y., Lucidarme J., Gabsi M., Hamid Ben Ahmed A., Lecrivain M., Akemakou A. C.: „A New Topology of Hybrid Synchronous Machines”. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 37, no. 5, September/October 2001.
• [2] Amara Y., Vido L., Gabsi M., Hoang E., Hamid Ben Ahmed A., Lecrivain M.: “Hybrid Excitation Synchronous Machines: Energy-Efficient Solution for Vehicles Propulision”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, no. 5, June 2009.
• [3] Bałagurow W. A., Gałtiejew F. F., Łarionow A. N.: „Maszyny Elektryczne o Magnesach Trwałych”, WNT Warszawa 1967 r.
• [4] Krauza S.W., Sadowskiego W.D., Sorokiera T. G: "Stabilizacija Naprażienija w sinchronnych maszinach s postojannymi magnitami", Wiestnik Elektropromynnosti, 1940 no. 2.
• [5] Cardenas R., Pena R., Asher G., Clare J., "Control strategies for enhanced power smoothing in wind energy systems using a flywheel driven by a vector-controlled induction machine", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 48, no. 3, pp. 625-635, June 2001.
• [6] Ciurys M., Bańka M., Dudzikowski I., "Analiza pracy prądnicy trójfazowej z magnesami trwałymi w elektrowni wiatrowej małej mocy", Przegląd Elektrotechniczny 02b/2013, str. 120.
• [7] Gawron S., Bernatt J., Król E..: „Zastosowania trakcyjne nowoczesnych silników z magnesami trwałymi”, Przegląd Elektrotechniczny 12/2009, str. 20-23.
• [8] Gawron S.: „Prądnice synchroniczne z magnesami trwałymi o niskiej zmienności napięcia wyjściowego”, SME 2009, Maszyny Elektryczne Zeszyty Problemowe BOBRME KOMEL nr 84/2009 str. 137-141.
• [9] Gawron S.: „Prądnica synchroniczna z magnesami trwałymi z możliwością dowzbudzania”, Przegląd Elektrotechniczny 01/2008, str. 50-53.
• [10] Gawron S., Bernatt J.: “The synchronous generator with permanent magnets and with by excitation Winding”. Proceeding ICEM, Roma 2010, IEEE Xplore Digital Library.
• [11] Gawron S., Bernatt J., Glinka M.: „Experimental Validation of Hybrid Excited Permanent Magnet Synchronous Generator”, Przegląd Elektrotechniczny 12a/2012.
• [12] Gawron S., Bernatt J. Król E.: “Małe przydomowe elektrownie wiatrowe – doświadczenia z budowy i eksploatacji”, Czysta Energia 01/2005.
• [13] Gieras J.F., Wing M.: „Permanent Magnet Motor Technology Design and Applications”, second edition, Marcel Dekker INC, New York 2002.
• [14] Glinka T.: „Maszyny elektryczne wzbudzane magnesami trwałymi”, wyd. Pol. Śląskiej. Gliwice 2002 r.
• [15] Henneberger G. Hadji-Minaglou J. R. Ciorba R. C.: "Design and test of permanent magnet synchronous motor with auxiliary excitation winding for electric vehicle application", in Proc. European Power Electronics Chapter Symp., Lausanne, Switzerland, Oct. 1994, pp. 645-649.
• [16] Kapinos J.: „Synchronous generator with hybrid excitation”. XV International Symposium on Electric Machinery in Prague, ISEM'2007, 5-6 Sep 2007, Prague, pp.72-79.
• [17] Lin H., Liu X., Zhu Z. Q., Fang S.: "Analysis and control of a dual-stator hybrid excitation synchronous wind generator", Electric Power Applications, IET Volume: 5, Publication Year: 2011, Page(s): 628–635.
• [18] Matsuuchi K., Fukami T., Naoe N., Hanaoka R., Takata S., Miyamoto T.: "Performance prediction of a hybrid-excitation synchronous machine with axially arranged excitation poles and permanent-magnet poles", Electrical Engineering in Japan (English translation of Denki Gakkai Ronbunshi) 150 (2), pp. 43-49, 2005.
• [19] Munteanu A., Simion Al., Livadaru L., Hanganu R.: “On the possibility of voltage variation of a hybrid synchronous generator”, Bul. Inst. Polit. Iaşi, LII (LVI), 5, pp. 371–376, 2006.
• [20] Naoe N.: “Self-Excitation Characteristics of a Hybrid Excitation Single-Phase Synchronous Generator”, Proceedings of the 2008 International Conference on Electrical Machines ICEM, pp1-4, 2008.
• [21] Naoe N., Fukami T.: "Trial production of a hybrid excitation type synchronous machine", Electric Machines and Drives Conference, 2001. IEMDC 2001.IEEE International, pp. 545- 547, 2001.
• [22] Rozporządzenie ministra gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. nr 93 poz. 623 z 04.05.2007r.).
• [23] Simion Al., Munteanu A., Livadaru L.: “On the possibility of using hybrid synchronous generators for the electromecanical conversion of the wind energy”, Bul. Inst. Polit. Iaşi, LI (LV), 5, pp. 125–131, 2005.
• [24] Spooner E., Khatab S.A.W., Nicolau N.G.: „Hybrid Excitation of AC and DC Machines" Proc. IEE EMD 1989 Conf., pp. 48–52.
• [25] Xinghe F, Jibin Z.: “Numerical Analysis on the Magnetic Field of Hybrid Exciting Synchronous Generator”, IEEE Transactions on Magnetics Volume: 45, Issue: 10, publication year: 2009, pages: 4590–4593.