Analysis of steady-state performance of induction machine by means of coupling circuit equations to FEM

• Autorzy: Jagieła Mariusz

Warianty tytułu

PL

Obwodowo-polowe wyznaczanie parametrów maszyny indukcyjnej w stanach ustalonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a field-oriented approach to determining the steady-state performance of an induction machine using a quasi-dynamic finite element field model coupled to circuit equations. For the purpose of considering the eddy-currents in moving regions, the field equations are transformed with respect to a slip frequency of the rotor's magnetic flux. Computational data is validated against the analytical results obtained from a sample TEAM benchmark problem. Further part of the work deals with the application of presented method to determining the steady-state performance of a real squirrel-cage induction machine considering voltage-forced slator coils. A consideration of the possibility of accounting for the material characteristics in a quasi-dynamic field-circuit analysis using complex magnetic vector potential is also a subject of this work. Computational results are well-backed by the measurements carried out on the laboratory model.

PL

W pracy przedstawiono podejście obwodowo-polowe do wyznaczenia parametrów trójfazowej maszyny indukcyjne] w stanach ustalonych. Uwzględnienie prądów wirowych w częściach przewodzących zrealizowano przy użyciu metody transformacji poślizgu. Weryfikację prezentowanego podejścia przeprowadzono na przykładzie zadania testowego TEAM Workshop. W drugiej części pracy przedstawiono zastosowanie prezentowanej metody do analizy rzeczywistego trójfazowego silnika indukcyjnego klatkowego, rozszerzając metodę transformacji poślizgu na układy o wymuszeniu napięciowym. Przedstawiono kompletny model ohwodowo-polowy przydatny do szybkiego wyznaczenia charakterystyk trójfazowej maszyny indukcyjnej, uwzględniający obwody elektryczne z przewodami cienkimi i wymuszeniem napięciowym oraz przewody masywne klatki wirnika. Wyniki obliczeń częściowo zweryfikowano na modelu fizycznym maszyny.

Słowa kluczowe

EN

induction machines; rotating machines; steady state performance; field-circuit analysis; finite element method

PL

maszyny indukcyjne; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 52, nr 3
• Strony: 317--327
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Jagieła Mariusz

• Technical University of Opole

Bibliografia

• 1. De Gersem H., et al.: Splitting Preconditioners for Splitting Interface Conditions in Air Gaps of Electńcal Machine Models. 14-th International Conference on Domain Decomposition Methods, January 6-11, Morelos, Mexico, 2002.
• 2. Demenko A.: Field approach to the simulation of electric machine dynamics (Analiza stanów pracy dynamicznej maszyn elektrycznych w ujęciu polowym — in Polish). Poznań University of Technology, 1977.
• 3. Demenko A.: Finite element analysis of electromagnetic torque saturation harmonics in a squirrel cage machine. COMPEL, Volume 18, No. 4, 1999, pp. 619-628.
• 4. Shen D., et al.: Solution of magnetic fields and electrical circuits combineed problems. IEEE Trans. on Magnetics, Vol. MAG-21, No. 6, 1985, pp. 2288-2291.
• 5. Shen D., Meunier G.: Moodelling of squirrel cage induction machines by the finite elements method combined with the circuits equations. International conference on evolution and modern aspects of induction machine, Torino, July 8-11, 1986, pp. 384-388.
• 6. Szeląg W.: Analiza stanów pracy i synteza silników synchronicznych magnetoelektrycznych (Field approach to the analysis and design of permanent magnet synchronous motors — in Polish). Poznań University of Technology, Poznań, 1998.
• 7. Arkkio A.: Finite element analysis of cage induction motors fed by static frequency converters. IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 26, No.2, March, 1990, pp. 551-554.
• 8. Arkkio A.: Time-stepping finite element analysis of induction motors. International Conference on Electrical Machines, Piza 1998, pp. 275-280.
• 9. Hameyer K., Belmans R.: Numerical Modeling and Disign of Electrical Machines and Devices. WIT Press, 1999.
• 10. Makowski K.: Determination of performance characteristics of a single-phase shaded pole induction motor by circuit-field method, Electrical Engineering (Archiv fur Elektrotechnik), Vol. 84, 2002, pp. 281-286.
• 11. Bolkowski et al.: Komputerowe metody analizy pola elektromagnetycznego (Computer methods in the analysis of electromagnetic field - in Polish), WNT, Warszawa, 1993.
• 12. Wiliamson S.: Induction motor modeling using finite elements. IX International Conference on Electrical Machines ICEM' 94, Paris, 1994, Vol. 1, pp.1-8.
• 13. Compumag TEAM Workshop Web Page (Testing Electromagnetics and Numerical Methods), http://ics.ed-lyon.fr/team.html
• 14. Witkowski A.: Zastosowania diagnostyczne modeli matematycznych silnika indukcyjnego bazujących na wyznaczaniu indukcyjności metodą permeancji międzyzębowych, (Diagnostic applications of a mathematical model of an induction machine based on determining of inductance by means of equivalent permeance method - in Polish). Ph. D. Thesis, Technical University of Opole, 1997.