Algorytm do obliczeń elektromagnetycznych silników synchronicznych z magnesami trwałymi o cewkach skupionych

• Autorzy: Rossa R , Pistelok P

Warianty tytułu

EN

The Algirithm for the Electromagnetic Calculations of the Concentrated Widning Permanent Magnet Synchronous Motors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono algorytm do obliczeń elektromagnetycznych silników synchronicznych z magnesami trwałymi o cewkach skupionych dla stanu pracy synchronicznej ustalonej. Algorytm bazuje na obliczeniu przebiegów czasowych strumieni skojarzonych z poszczególnymi fazami uzwojenia i napięć indukowanych w uzwojeniach oraz przebiegu czasowego momentu elektromagnetycznego w szczelinie powietrznej silnika. W tym celu wykorzystywana jest magnetostatyczna, dwuwymiarowa analiza rozkładu pola elektromagnetycznego w silniku metodą elementów skończonych (MES). W modelu MES silnika pozycja kątowa wirnika względem stojana ulega krokowej zmianie i dla każdej z pozycji siatka elementów skończonych jest odpowiednio modyfikowana. W artykule zaprezentowano przykładowe wyniki obliczeń dla 6-biegunowego silnika o cewkach skupionych i liczbie żłobków na biegun i fazę q=0.5. Uzyskane z pomocą nowego algorytmu wyniki obliczeń porównano z wynikami otrzymanymi z zastosowaniem oprogramowania komercyjnego, w którym wykorzystano tzw. analizę MES dla stanów przejściowych. Opracowany autorski algorytm obliczeniowy jest wykorzystywany do obliczania charakterystyk elektromechanicznych silników PMSM i CW-PMSM.

EN

The paper deals with the algorithm for electromagnetic calculations of concentrated Winding permanent magnet synchronous motors (CW-PMSM) operating synchronously at steady state. The algorithm is based on the calculation of the time waveforms of magnetic fluxes linked with individual winding phases, the calculation of voltages induced in the winding phases and the calculation of a time waveform of electromagnetic torque in a motor air-gap. For this purpose a magnetostatic, two-dimensional finite element analysis (FEA) of electromagnetic field distribution in the motor is used. In a motor model for FEA the angular position of rotor vs. stator is increased in steps by constant angle and for each of rotor positions the finite element mesh is modified. In a paper the results of electromagnetic calculations of a 6-pole CW-PMSM with a number of slots per pole per phase q=0.5 are shown. The calculation results obtained with the use of a new algorithm are compared to the results obtained from a commercial software equipped with a transient FEA solver. Proposed calculation algorithm is used to predict the electromechanical characteristic curves of PMSMs and CW-PMSMs.

Słowa kluczowe

PL

silniki synchroniczne z magnesami trwałymi; silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o cewkach skupionych; algorytmy obliczania; metoda elementów skończonych

EN

permanent magnet synchronous motors; concentrated winding permanent magnet synchronous motors; calculation algorithms; finite element method

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 4(100), cz. 2
• Strony: 161--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rossa R

• BOBRME „Komel”, Katowice

autor

Pistelok P

• BOBRME „Komel”, Katowice

Bibliografia

• [1]. M.A. Rahman, P. Zhou, Determinatiom of Saturated Parameters of PM Motors Using Loading Magnetic Fields, IEEE Trans. on Magnetics, Vol. MAG-27, No. 5, pp. 3947-3950, Sep. 1991.
• [2]. M.A. Rahman, P. Zhou, Field-Based Analysis for Permanent Magnet Motors, IEEE Trans. On Magnetics, Vol. MAG-30, No. 5, pp. 3664-3667, Sep. 1994.
• [3]. P. Zhou, M.A. Rahman, M.A. Jabbar, Field Circuit Analysis of Permanent Magnet Synchronous Motors, IEEE Trans. on Magnetics, Vol. MAG-30, No. 4, pp. 1350-1359, July 1994.
• [4]. R. Rossa, Poprawa charakterystyk elektromechanicznych silników SynRM poprzez wprowadzenie magnesów trwałych do wirnika, Zeszyty Problemowe „Maszyny Elektryczne”, BOBRME Komel, nr 77/2007, str. 257-261.
• [5]. Rossa R., Król E., Metoda obwodowo-polowa obliczania charakterystyk zewnętrznych prądnic synchronicznych z magnesami trwałymi pracujących samotnie na odbiorniki typu R lub RL, Zeszyty Problemowe „Maszyny Elektryczne”, nr 80/2008, str. 175-179 , BOBRME KOMEL.
• [6]. Preston T.W., Reece A.B.J., Sangha P.S., Induction motor analysis by time-stepping techniques, IEEE Trans. on Magnetics, Vol. MAG-24, No. 1, pp. 471-474, Jan. 1988.
• [7]. Williamson S., Lim L.H., Smith A.C.: Transient analysis of cage-induction motors using finite elements, IEEE Trans. on Magnetics, Vol. MAG-26, No. 2, pp. 941-944, March 1990.
• [8]. Morimoto S., Sanada M., Takeda Y., Taniguchi K., Optimum Machine Parameters and Design of Inverter-Driven Synchronous Motors for Wide Constant Power Operation, Ind. Appl. Society Annual Meeting, 1994, Conference Record of the 1994 IEEE, pp. 177-182.
• [9]. Morimoto S., Sanada M., Takeda Y., Wide- Speed Operation of Interior Permanent Magnet Synchronous Motors with High-Performance Current Regulator, IEEE Trans. on Ind. Appl., Vol. 30, No. 4, pp. 920-926, July/Aug. 1994.
• [10]. Schiferl R.F., Lipo T.A., Power Capability of Salient Pole Permanent Magnet Synchronous Motors in Variable Speed Drive Applications, IEEE Trans. on Ind. Appl., Vol. 26, No. 1, pp. 115-123, Jan./Feb. 1990.
• [11]. Rossa R., Król E., Dwustrefowa regulacja prędkości obrotowej w nowoczesnych napędach elektrycznych opartych na silnikach synchronicznych z magnesami trwałymi, Zeszyty Problemowe „Maszyny Elektryczne”, BOBRME Komel, nr 81/2009.
• [12]. Rossa R., Król E., Regulacja prędkości obrotowej w napędzie elektrycznym „E-Kit” dedykowanym do elektryfikacji małych samochodów osobowych i dostawczych, Zeszyty Problemowe „Maszyny Elektryczne”, BOBRME Komel, nr 97/2012.