Calculation of core loss for switched reluctance motors

• Autorzy: Jagieła M. , Tomczewski K. , Łukaniszyn M. , Wróbel K.

Warianty tytułu

PL

Obliczanie strat w żelazie w przełączalnym silniku reluktancyjnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the method of core loss prediction in the switched reluctance motors is presented. The classical core loss separation technique is modified for the purpose of considering an arbitrary magnetic flux density waveform. The time-stepping finite element program is elaborated for prediction of instantaneous magnetic flux density distribution in the motor core. The method of core loss calculation is backed well by the measurements carried out on the laboratory test-rig.

PL

W pracy przedstawiono model do obliczeń strat w żelazie w przełączalnym silniku reluktancyjnym. Podstawowa trudność związana z wyznaczeniem strat w żelazie w tego rodzaju maszynach jest związana z silnie odkształconymi przebiegami lokalnych wartości indukcji magnetycznej w rdzeniu. Ponadto, w większości punktów obwodu magnetycznego przebiegi te zawierają niezerową składową stałą. W takim przypadku nie można użyć bezpośrednio podejścia, stosowanego w maszynach prądu przemiennego, polegającego na podziale strat i wykorzystaniu typowych krzywych stratności jednostkowej materiału magnetycznego podawanych przez producentów. W celu rozwiązania tego problemu w niniejszej pracy zastosowano metodę polegającą na przekształceniu równania opisującego stratność jednostkową materiału ferromagnetycznego, zgodnie z hipotezą przedstawioną w pracy [7]. W wyniku analitycznego przekształcenia równania (2), otrzymano równanie (3), które jest określone w dziedzinie czasu, a nie w dziedzinie częstotliwości. Równanie to zawiera tyle samo stałych, co równanie oryginalne. Stałe te można względnie łatwo wyznaczyć metodą optymalizacji nieliniowej. Wyniki obliczeń tych stałych zawiera tabela 1. W celu wyznaczenia przebiegów lokalnej wartości indukcji w obwodzie magnetycznym, opracowano model polowo-obwodowy silnika o dwóch pasmach fazowych oraz mocy znamionowej 100 W, w oparciu o metodę elementów skończonych. Wykorzystując obliczone przebiegi indukcji magnetycznej w całym obwodzie magnetycznym oraz równanie (3) opisujące stratność jednostkową, wyznaczono całkowite straty w rdzeniu w funkcji prędkości obrotowej. Przeprowadzono weryfikację eksperymentalną opracowanego modelu w oparciu o skonstruowane stanowisko pomiarowe (rys. 2b) uzyskując dużą zgodność wyników obliczeń z danymi doświadczalnymi (rys.4). Pozytywne wyniki weryfikacji pozwalają uznać przedstawione podejście za wystarczająco dokładną oraz ogólną metodę obliczania strat w żelazie w silnikach reluktancyjnych zasilanych jednopulsowo.

Słowa kluczowe

EN

switched reluctance motors; FEM; core losses

PL

silnik reluktancyjny przełączalny; FEM; straty w żelazie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2009
• Tom: Z. 240
• Strony: 141--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Jagieła M.

autor

Tomczewski K.

autor

Łukaniszyn M.

autor

Wróbel K.

• Opole University of Technology, Luboszycka 7, 45-036 Opole,

Bibliografia

• 1. Lin D., Zhou P, Fu W.N., Badics Z., Cendes Z.J.: A Dynamic Core Loss Model for Soft Ferromagnetic and Power Ferrite Materials in Transient Finite Element Analysis, IEEE Trans. Magn., 2004, Vol. 40, No. 2, March, pp. 1318-1321.
• 2. Saitz J.: Magnetic Field Analysis of Electric Machines taking Ferromagnetic Hysteresis into Account, Acta Polytechnica Scandinavica, Ph.D. Diss., Elect. Eng. Series, No. 107, Espoo 2001.
• 3. Mthombeni L., Pillay P.: Core Losses in Motor Laminations Exposed to High Freqency or Nonsinusoidal Excitation with Particular Reference to PWM and SRM Excitation Waveforms, IEEE IAS Annual Mtg. Salt Lake City, Utah, 12-16 Oct, 2003, Vol. 40, No. 4, 2003, pp. 1833-1838.
• 4. Mthombeni L., Pillay P., Singampalli N. A.: Lamination Core Losses in Motors with Measurements in Machines Operating with PWM or Non-Sinusoidal Excitation, Proc. of IEEE International Electric Machines and Drives Conference , IEMDC’03, 1-4 June 2003, Vol. 2, pp. 742-746.
• 5. Enokizono M., Soda N.: Direct Magnetic Loss Analysis by FEM considering Vector Magnetic Properties, IEEE Trans. Magn., Vol. 34, No.5, 1999, pp. 3008-3011.
• 6. Gyselinck J., Dupre L., Vandevelde L., Melkebeek J., Calculation of no-load induction core losses using the rate-dependent Preisach model, IEEE Trans. Magn. Vol. 34, 1998, pp. 3876-3881.
• 7. Venkatachalam K., Sullivan R., Adallah T., Tacca H.: Accurate Prediction of Ferrite Core Loss with Nonsinusoidal Waveforms using only Steinmetz Parameters, Proc. of Computers in Power Electronics 2002 IEEE Workshop, 3-4 June 2002, pp. 36 – 41.
• 8. Li J., Abdallach T., Sullivan C. R.: Improved Calculation of Core Loss with Nonsinusoidal Waveforms, XXVI-th IEEE IAS Annual Meeting Conference Record, Vol. 4, Issue 30, 2001, pp. 2203 – 2210.
• 9. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L.: Finite element method, 5-th edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2000.