Bond-graphs based modelling of hybrid energy systems with permanent magnet brushless machines

• Autorzy: Ronkowski M. , Kneba Z.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie hybrydowych systemów energetycznych z bezszczotkowymi maszynami o magnesach trwałych w ujęciu grafów wiązań

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the bond graphs approach to modelling the permanent magnet brushless machines (PMBM) for simulations the energy systems of hybrid physical nature. In the first part the fundamentals of bond graph modelling approach are presented. In the second part a model of PMBM in terms of bond graphs (BG) has been developed. Finally, as an example of hybrid energy system, a model of IC engine cooling system with coolant pump driven by a PMBM has been described.

PL

Ważnym zagadaniem w analizie i syntezie hybrydowych systemów energetycznych jest forma reprezentacji ich modeli. Współczesny sposób analizy i wyrażania koncepcji projektowych (forma reprezentacji modelu, metoda wprowadzania do komputera), jest jednym z podstawowych zagadnień symulatorów wspomagających badania, projektowanie i dydaktykę zaawansowanych hybrydowych systemów energetycznych [2, 5, 10]. Dotychczasowe doświadczenia wskazują, że oczekiwania te w znacznym stopniu spełnia metoda grafów wiązań (GW) (ang. bond graps) [1, 2, 10, 12, 17, 18]. Modelowanie układów fizycznych metodą GW, opartej na koncepcji H. M. Paynter'a [12], polega na jednolitym ujęciu procesów energetycznych zachodzących w układach fizycznych, niezależnie od ich domeny (natury) fizycznej. Formułowanie równań dynamiki układu (równań stanu) odwołuje się do zbudowanego uprzednio grafu rozważanego systemu i wykorzystuje informacje o elementach systemu, które mogą być wyrażone analitycznie lub za pomocą charakterystyk graficznych. Niniejszy referat jest kolejną próbą przedstawienia metody GW w zastosowaniu do modelowania hybrydowych systemów energetycznych z bezszczotkowymi maszynami o magnesach trwałych (BMMT, ang. PMBM). W części pierwszej referatu omówiono ogólne formalizm GW (rys. 1 i 2). Następnie przedstawiono kolejno: ogólną strukturę modelu hybrydowego systemu energetycznego w ujęciu GW (rys. 3); założenia modelowania maszyn elektrycznych w ujęciu GW (rys. 4 i 5), model SBMT w ujęciu GW dla potrzeb modelowania napędu pompy cieczy chłodzącej w silnikach samochodowych (rys. 6), model w ujęciu GW nowoczesnego sytemu chłodzenia silnika samochodowego (rys. 7) - jako przykład hybrydowego systemu energetycznego. W referacie do opracowania modelu procesu przetwarzania energii w SBMT wykorzystano ideę i modele sprzężeń wzorcowych: transformatorowego i elektromechanicznego (rys. 5) [13]. Modelowany system chłodzenia umożliwia sterowanie poziomem temperatury silnika samochodowego niezależnie od prędkości jego wału [8]. Modelowanie i symulacja takiego systemu chłodzenia nabiera szczególnego znaczenia przy wprowadzaniu coraz bardziej ostrych norm o emisjach szkodliwych składników spalin, ze względu na ważną rolę procesu rozgrzewania silnika w tworzeniu związków wydalanych spalin [4, 6, 7, 11].

Słowa kluczowe

EN

hybrid energy systems; modelling of PM brushless machines; bond graphs

PL

system hybrydowy; system energetyczny; modelowanie; maszyna bezszczotkowa; magnes trwały; grafy wiązań

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2006
• Tom: Z. 229
• Strony: 175--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Ronkowski M.

autor

Kneba Z.

• Gdansk University of Technology,

Bibliografia

• 1. Breedveld P.C.: Physical systems theory in terms of bond graphs, Enschede,1984
• 2. Cichy M., Modelowanie systemów energetycznych, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2001
• 3. Cichy M., Kropiwnicki J., Makowski S.: Model silnika spalinowego w formie grafów wiązań (GW). A model of the IC engine in the form of the Bond-Graph (BG). Silniki Spalinowe - Combustion Engines, 2004, Vol. 43, nr 2, pp. 40-47
• 4. Cichy M., Kneba Z., Kropiwnicki J.: Zastosowanie metody grafów wiązań do modelowania układów chłodzenia silników spalinowych, Archiwum Motoryzacji, 2005, nr 1
• 5. Cichy M., Makowski S.: Modele typu ,,czarna skrzynka" elektrycznych elementów napędu hybrydowego, Przegl. Elektr., 2006, nr 4, pp.16-19
• 6. Eifler G., Burkard M., Kawert F.: Bedarfsabhänging geregelte Motorkühlung Versuch und Simulation, MTZ, 2005, no. 3
• 7. Forissier M.: From passive to active engine cooling, Autotechnology, 2001, December
• 8. Genster A., Stephan W.: Immer richtig temperiert. Thermomanagement mit elektrischer Kühlmittelpumpe, MTZ, 2004, no. 11, pp. 882-884
• 9. Getting Started with 20-sim © 2002, Controllab Products B.V., Version 3.3, September, 2002 (www.20sim.com, http://www.controllab.nl/)
• 10. Karnopp D.C., Margolis D.L., Rosenberg R.C.: System dynamics. Modeling and simulation of mechatronic systems, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New York, 2000
• 11. Kneba Z.: Zastosowanie silnika elektrycznego do napędu pompy cieczy chłodzącej w silnikach samochodowych, Mat. X Seminarium Napędy i Sterowanie 2004, Gdańsk, 2004, Pol. Gdańska, MTG
• 12. Paynter H.M.: Analysis and design of engineering systems, MIT Press, 1961
• 13. Ronkowski M.: A unified approach to teaching the modelling of electrical machines for power electronics and electrical drives applications, International Symposium on Electrical Machines SME 2003, Gdańsk - Jurata, Poland, June, 2003
• 14. Ronkowski M.: Modelowanie i symulacja maszyn elektrycznych metodą. grafów wiązań, Przegl. Elektr., 2004, nr 10
• 15. Ronkowski M.: Modelowanie silnika bezszczotkowego o magnesach trwałych w ujęciu grafów wiązań, XI Sympozjum PPEE'2005, Wisła, April, 2005
• 16. Wheeler H.A., Dettinger D.: Wheeler Monographs. 9, 1949, 7
• 17. Wojnarowski J.: Zastosowanie grafów i liczb strukturalnych w modelowaniu drgań układów mechanicznych, PWN, Warszawa, 1985
• 18. http://www.ece.arizona.edu/~cellier (Bond graphs reference library)