Non-harmonic analysis of asynchronous machine based on a model with discrete space distribution of the air gap magnetic permeance

Kluszczyński, K.; Spałek, D.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Non-harmonic analysis of asynchronous machine based on a model with discrete space distribution of the air gap magnetic permeance

Autorzy

Kluszczyński K. , Spałek D.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

Warianty tytułu

Nieharmoniczna analiza maszyny asynchronicznej w oparciu o model z dyskretnym rozkładem przewodności magnetycznej szczeliny powietrznej

Języki publikacji

Abstrakty

The paper presents a new non-harmonic model of an asynchronous machine derived under the assumption that the magnetic permeance of the air gap has discrete space distribution along the circumference of the machine and that magnetic flux can flow between the stator and rotor only through the finite number of stationary and rotating points (the so-called magnetic channels) corresponding to the axes of stator and rotor teeth. As a result of such an assumption, stator-rotor inductances as a function of rotor angle are expressed by piecewise-constant functions. This creates a simple mathematical model of a machine consisting of a system of linear differential equations with time-constant coefficients and one algebraic equation. They are solved alternately step by step in open intervals in which stator-rotor inductances are constant and at the edges of the intervals. This method is convenient in computer calculations of transient and steady states of asynchronous machine and enables the influence of the number of stator and rotor slots on the behaviour of a motor to be considered. The results of computer simulations of starting characteristics as well as of steady-state torque-speed curves for machines with different numbers of magnetic channels are presented.

W artykule przedstawiono nową koncepcję nieharmonicznej analizy maszyny asynchronicznej wykorzystującej dyskretny model przewodności magnetycznej szczeliny powietrznej. Przyjęto, że strumień magnetyczny przenika pomiędzy stojanem i wirnikiem przez skończoną liczbę punktów (nazywanych magnetycznymi kanałami) odpowiadających osiom zębów stojana i wirnika. W rezultacie współczynniki indukcyjności wzajemnej opisane są funkcjami przedziałami stałymi. Prowadzi to do prostego matematycznego modelu maszyny w postaci układu liniowych równań różniczkowych o stałych współczynnikach i jednego równania algebraicznego. Są one rozwiązywane naprzemiennie w otwartych przedziałach stałości współczynników i na ich granicach. Metoda okazuje się dogodna dla potrzeb symulacji stanów nieustalonych i ustalonych maszyn asynchronicznych z uwzględnieniem wpływu liczby żłobków stojana i wirnika. Przedstawiono charakterystyki rozruchowe i ustalonej pracy maszyny dla różnych liczb kanałów magnetycznych.

Słowa kluczowe

asynchronous machinery

maszyny asynchroniczne

Wydawca

Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering

Czasopismo

Archives of Electrical Engineering

Rocznik

1999

Tom

Vol. 48, nr 1-2

Strony

31--49

Opis fizyczny

Bibliogr. 45 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kluszczyński K.

Technical University of Silesia, Institute of Theoretical and Industrial Electrotechnics

autor

Spałek D.

Technical University of Silesia, Institute of Theoretical and Industrial Electrotechnics

Bibliografia

1. Alwash I., Ikhwan S.: Generalized approach of the analysis of asymmetrical three-phase induction motors. Proc. IEE, Power Appl. Vol. 142, No 2, 1995.
2. Antosik P., Mikusiński J., Sikorski R.: Theory of distributions. The sequential approach. Amsterdam. Elsevier Scientific Publishing Company, 1973.
3. Barton T. H., Dunfied J. C.: Polyphase to the axis transformation for real windings. Proc. of IEE, Vol. 87, No 5, 1968, pp. 1342-1346.
4. Barton T. H., Poloujadoff M. A.: A generalized symmetrical components transformation for cylindrical electrical machines. IEEE PAS 91, 1972, pp. 1781-1986.
5. Boldea I., Nasar S. A.: Electric machine dynamic. Macmillan Publishing Company, 1986.
6. Brown J. E., Jha C. S.: Generalized rotating field theory of polyphase induction motors and its relationship to the symmetrical components theory. IEEE Proc. 109, 1962, pp. 59-69.
7. Consoli A., Lipo T. A.: Orthogonal axis models for asymmetrical connected inductions machines. IEEE Trans. Vol. PAS-101, 1982, pp. 4518-4526.
8. Drozdowski P., Sobczyk T. J.: On mathematical model of squirrel-cage induction motors. Archiwum Elektrotechniki 70, 1987, pp. 371-382.
9. Fudech H. R., Ong C. M.: Modelling and analysis of induction machines containing space harmonics. Part I, II, III. IEEE PAS 102, 1983, pp. 1608-1628.
10. Gibbs W. J.: Tensors in Electrical Machine Theory. London, Chapmann and Hall Ltd., 1952.
11. Heller V., Hamata V.: Harmonic field effects in induction machines. Amsterdam, Elsevier 1977.
12. Hommes E., Paap G. C.: The analysis of the 3-phase squirrel-cage induction motor with space harmonics: Part 1. Equations developed by new time-dependent transformation. Part 2. The influence of space harmonics on the transient behaviour. Archiv für Elektrotechnik No 4, 1984, pp. 217-236.
13. Jha C. S., Sreenivasa Murthy S.: Generalized rotating-field theory of wound-rotor induction machines having asymmetry in stator and/or rotor windings. Proc. IEE 120,1973, pp. 867-873.
14. Kluszczyński K.: Graphical method of choice of the number of slots in asynchronous machine. Proc. of ICEM'88, Piza 1988.
15. Kluszczyński K., Miksiewicz R.: Squirrel-cage motor with additional ring in rotor. Electric Machines and Power Systems 21, 1993.
16. Kluszczyński K., Johr M.: Simplified representation of doubly-slotted varying air gap of electrical machine. Proc. of ICEM'96, Vigo 1996, pp. 187-192.
17. Kluszczyński K., Kurzyński M.: Walsh functions — will they find an application in the analysis and measurements of magnetic field of electrical machines? Proc. of XXXII Int. Symposium on Electrical Machines. Cracow, Poland, 1996.
18. Kluszczyński K., Miksiewicz R.: Momenty pasożytnicze w indukcyjnych silnikach klatkowych (Parasitic torques in squirrel-cage motors — in Polish). PTETiS, Monograph of Polish Academy of Sciences, Section of Electrical Machines and Transformers, Warsaw—Gliwice, 1993.
19. Kluszczyński K., Miksiewicz R.: Synchronous parasitic torques in asymmetrically fed three-phase squirrel-cage motor. Electric Machinery and Power Systems, 24, 1996.
20. Kluszczyński K., Spałek D.: Nowa koncepcja analizy pracy maszyny elektrycznej (New conception of analysis of electrical machines — in Polish). XIV Seminar on Fundamentals of Electrotechnics and Circuit Theory SPETO, Proc. Vol. II, 1991, pp. 279-286.
21. Kluszczyński K., Spałek D.: Non-harmonic analysis of asynchronous machine based on model with discrete space distribution of magnetic permeance along periphery of air gap. Proceedings of International Conference on Electrical Machines ICEM'94, Vol. II Paris, France, September 1994, pp. 585-590.
22. Kluszczyński K., Spałek D.: Non-harmonic analysis of electrical machine based on model with discrete space distribution of magnetic permeance along periphery of air gap. The Digests of 4-th Japanese – Polish Joint Seminar on Electromagnetic Phenomena Applied to Technology, Oita, Japan, June 1995, pp. 42-45.
23. Kluszczyński K., Spałek D.: Koncepcja nieharmonicznej analizy maszyn asynchronicznych (A conception of nonharmonic analysis of electrical machines – in Polish). Przegląd Elektrotechniczny Vol. 71, No 5, 1995, pp. 113-120.
24. Kluszczyński K., Spałek D.: Nowa koncepcja analizy pracy maszyny asynchronicznej (New conception of analysis of asynchronous machine – in Polish). Archiwum Elektrotechniki, Tom XLIII, Vol. 3, 1994, pp. 441-453.
25. Krause P. C.: Analysis of electric machinery. McGraw-Hill Book Company, 1986.
26. Kron G.: The application of tensors to the analysis of rotating electrical machinery. General electric review, 1942 (as a book).
27. Luo X., Liao Y., Toliyat H., El-Antably A., Lipo T. A.: Multiple coupled circuit modelling of induction machines. USA, 1995 (Manuscript by courtesy of prof. T. A. Lipo).
28. Nasar S. A.: Electromagnetic energy conversion in n, m-winding double cylindrical structures in the presence of space harmonics. IEEE Trans. PAS 87, 1968, pp. 1099–1106.
29. Oberretl K.: The harmonic field theory of the induction motor. Archiv für Elektrotechnik, Vol. 49, 1965.
30. Oberretl K.: Field-harmonic theory of slip-ring motor taking multiple armature reaction into account. Proc. IEE, No. 7, 1970, pp. 1667-1671.
31. Oberretl K: Parasitäre synchrone Dreh- und Pendelmomente in Asynchronmoloren, Einfluss von Ausgleichvorgängen und Eisensättigung. Part I, II. Archiv für Elektrotechnik, 1994, vol. 77.
32. Rausch H.: Ermittlung des Verhaltens von Induktionmaschinen unter Analytischer Formulierung des Luftspaltfeldes ohne wellenmäßige Darstellung. Doctoral Work. Kaiserlautern 1980.
33. Sobczyk T. J., Weinreb K.: Analysis of currents of electromagnetic torque in steady-state of induction squirrel-cage motor with asymmetric windings. Archiv für Elektrotechnik, 71, pp. 245-256.
34. Stepina J.: Matrix calculation of inductances for the general theory of electrical machines. Electric Machines and Power Systems, 11, 1986.
35. Stepina J.: Non-transformational matrix analysis of electrical machinery. Electric Machines and Electromechanics, Vol. 4, 1979, pp. 255-268.
36. Stepina J.: Matrix analysis of space harmonics of asymmetrical stator windings. Proc. IEEE Vol. 134, No. 4, 1987.
37. Taegen F., Hommes E.: Das algemeine Gleichungssystem des Käufigläufermotors unter Berücksichtigung deer Oberfelder. Archiv für Elektrotechnik, 52, 1972, pp. 21-31, 98-105.
38. Taegen F., Hommes E.: Die Theorie des Käufigläufermotors unter Berücksichtigung der Stander- und Laufernutung. Archiv für Elektrotechnik, 56, 1974, pp. 21-31, 331-339.
39. Van der Merve F. S.: The analysis of an electric machine with a smooth air gap allowing MMF harmonics. Part 1. The basic space vector component machine equations. Application of the basis equations to the steady state and transient conditions. Archiv für Elektrotechnik, 58, 1976, pp. 283-303.
40. Van der Merve F. S:Reference frame and transformations for rotating machines with smooth air gap and MMF harmonics. Archiv für Elektrotechnik, 60, 1978, pp. 181-191.
41. Van der Merve F. S: The basis voltage and torque equations for squirrel-cage induction motor allowing for all MMF and permeance harmonics. Archiv für Elektrotechnik, 64, 1982, pp. 251-261.
42. Vas P., Brown J. E., Shirley A.: The application of N-phase generalized rotating field theory of induction machines with arbitrary stator windings connection. IEEE Trans. PAS 103, 1984, pp. 1270-1276.
43.Willems J. L.: Space harmonics in unified electrical machine theory. Proc. IEE, Vol. 118, 1971 pp. 1408-1412.
44.White D., Woodson H.: Electromechanical energy conversion. John Wiley & Sons, New York 1959.
45.Yamamura S.: Spiral vector theory of AC motors. Proc. of ICEM'90, Cambridge, MIT, US 1990.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPS2-0007-0031