Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Widmo harmoniczne rozkładu przestrzennego pola magnetycznego w szczelinie powietrznej maszyny elektrycznej z obustronnym użłobkowaniem powierzchni

Szymański D., Kluszczyński K.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

167-176

PL

W artykule przedstawiono przykładowy stabelaryzowany rozkład przestrzenny pola magnetycznego dla obustronnie użłobkowanej maszyny wraz z wyjaśnieniem proponowanej metody jego tworzenia.

EN

The special tables enabling us to determine the harmonic spectrum of the magnetic field in the case of the doubly slotted electrical machine was presented in this paper. The doubly slotting of the machine air-gap affects the magnetic field spatial distribution (Eqn.1). The magnetomotive force (MMF) generated by the stator winding at the point of time t as well as the reciprocal of the equivalent air-gap can be resolved in the Fourier series (Eqns 2, 3). One can notice that the harmonic spectrum of the reciprocal of the equivalent air-gap consists of: the stator permeance harmonics of the orders v(s), the rotor permeance harmonics of the orders v(r) and the differential permeance harmonics of the orders v(d). The harmonics of the orders v(s) do not move while the rotor revolves. The harmonics of the orders v(r) move with the angle theta (the angle of the rotor position). On the other hand while the rotor revolves with the rotation angle theta the harmonics of the orders v(d) move with the angel ....... (depending on the sign in the Exp. v(d) = ......). The product of the MMF (Exp. 2) and the reciprocal of the equivalent air-gap (Exp. 3), included in the Exp. 1, can be written in the form of Exp. 4. The Exp. 4. can be expressed in the different forms, depending on the presence of the harmonics fulfilling the conditions (5), (6), (7). This results in the expression describing the magnetic field spatial distribution H[alpha(s), theta, t] (Exp. 9). The summand, which does not depend on the coordinate alpha(s) (Exp. 11), occurs in the Eqn. 1 when the condition (6) is fulfilled. This summand vanishes as a result of summing with the Exp. 12. The summand (Exp. 11) does not appear when the condition (7) is fulfilled, hence in this case the magnetic field intensity distribution H[ alpha(s), theta, t] is described by the Exp. 16. The harmonic spectrum of the magnetic field intensity distribution (Exp. 9) can be shown with the help of appropriately defined tables. The numbers of rows of these tables are equal to the harmonic orders of the reciprocal of the equivalent air-gap - v((gamma), the numbers of the tables columns are equal to the harmonic orders of the MMF - v(theta). The numbers put in the table cells have a meaning of the harmonic orders of the magnetic field intensity distribution - v(H). The presented method can be helpful in the process of identification of the synchronous reluctant torques appearing in the doubly slotted electrical machine.

2

Optymalizacja wymiarów magnesów trwałych w silniku tarczowym prądu stałego

Łukaniszyn M., Wróbel R.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

75-84

PL

W pracy przedstawiono trójwymiarową analizę pola magnetycznego silnika tarczowego prądu stałego dwutwornikowego z magnesami trwałymi i elektronicznym komutatorem. Obliczenia przeprowadzono dla różnych wersji wymiarów magnesów trwałych. Do analizy zastosowano pakiet OPERA-3D z modułem TOSCA, wykorzystujący metodę elementów skończonych. Moment elektromagnetyczny silnika wyznaczono z tensora naprężeń Maxwella. Wyniki symulacji porównano częściowo z pomiarami na prototypie silnika tarczowego. Przeprowadzona analiza pozwala optymalnie dobrać wymiary magnesów trwałych z punktu widzenia maksymalizacji momentu silnika i minimalizacji jego pulsacji.

EN

A three-dimensional analysis of the magnetic field of a disc-type, double-sided, permanent magnet brushless dc motor with toroidal stator core and slotless winding is presented. The motor structure is shown in Fig. 1. Calculations were carried out using an OPERA-3D package with the TOSCA module. The electromagnetic torque was determined from the Maxwell stress tensor. Figure 2 presents the numerical model of the motor over single pole-pitch length. For optimization, the cases for different permanent-magnet dimensions (see Fig. 3) are investigated in details. Three-dimensional diagrams of maximal torque (Tmax), minimal torque (Tmin), average torque (Tav) and torque ripple (epsilon) versus pole-arc/pole-pitch ratio (alpha/beta) and different values of permanent magnet height (hx/h) are shown in Fig. 4. In Table 1 the computational results for considered versions of the motor are summarized. The motor version V1 has the same specifications as the motor prototype. It is interesting to note, that the V4 motor version (hx/h = 1.52, and alpha/beta = 0.78) is the most useful, (see Tab. 1). This version ensures the highest average torque, which is higher by some 32% with respect to the motor prototype and the lowest torque ripple (lower by some 27% as compared to the prototype motor). Figure 5 shows the back EMF waveform for the considered motor version. The simulation results compared partially with the test values obtained from the motor prototype are in good agreement. It is shown that suitable permanent-magnet dimensions can effectively reduce the torque ripple. Figure 6 illustrates the average torque peak versus motor current for considered versions of the motor. Additionally, the measurements of the motor torque are presented too.

3

Moment silników bezzestykowych z magnesami trwałymi w stanie bez prądu

Pochanke A.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

131-141

PL

W pracy przeprowadzono analizę wpływu zmienności punktu pracy magnesu trwałego na charakterystyki kątowe momentu elektromagnetycznego silników bezzestykowych, a w szczególności badano problematykę występowania i obliczania momentu, gdy silniki znajdują się w stanie bez prądu. Przedstawiono wyniki obliczeń symulacyjnych wpływu skosu magnesów wirnika na tętnienia momentu wypadkowego. Wykazano teoretyczne możliwości całkowitej redukcji tych tętnień.

EN

In a permanent magnet motor the basic electromagnetic torque is generated as the result of the interaction of the permanent magnet flux with the magnetomotive force of the armature. The interaction between the rotor magnets and the slotting on the stator causes the periodical variations of the permanent magnet flux. This causes the ripple of the total electromagnetic torque which have two fundamental components. The first component of the torque ripple is proportional to magnetomotive force of the armature. The second component which exists even in the absence of the stator currents, results from the modulation of the permanent flux and is called cogging torque or detent torque. The torque ripple causes additional losses, mechanical vibrations and noise. The variation of the permanent magnet flux is an obstruction in realizing constant speed control or high accuracy of position control. There are several methods for reduction of this variation of the permanent magnet flux, but one of the most effective techniques for minimization of this undesirable phenomenon is stator slot skewing or skewing the rotor magnetic field distribution via either skewed rotor magnets or skewed magnetization. In this paper the influence of skewing the rotor field distribution - via skewed mounting of discrete magnet segments on the rotor - on the cogging torque and on the ripple of the total electromagnetic torque is investigated. The finite element method has been used to calculate the magnetic field distribution and the total torque has been calculated using the Maxwell stress method. The cogging torque has been also calculated using the method of the magnetic co-energy variation.

4

Design aspects and minimization of the torque ripple at the permanent magnet servomotors used in computer hardware

Klug L.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

179-187

EN

Slotted and slotless permanent magnet brushless DC motors are widely used as spindle motor of disk memory devices, like floppy disk drive system, CD ROM drive system, hard disk drive system. In current disk drive system the motor with slotted lamination and NdBFe magnets is the most common for use as spindle motor. At the slotted type of the drive is seen significant pulsation of the torque at rotation of the motor. To minimize the torque pulsation three models were investigated by means of the FEM program. Design aspects are discussed.

PL

W silnikach o strukturze żłobkowej stosowanych do napędu dyskietek obserwuje się wyraźne pulsacje momentu podczas wirowania wirnika. Mając na celu pomniejszenie tych pulsacji analizowano trzy modele silnika za pomocą metody elementów skończonych (MES). Pierwszy model (Fig. 1) ma 12 żłobków na wewnętrznym stojanie i 16 biegunów na zewnętrznym wirniku. Głowice zębów tworzą stałą szczelinę pomiędzy stojanem a wirnikiem. Rozwijany przez silnik moment, analizowany za pomocą MES pomiędzy kolejnymi przełączeniami komutacyjnymi uzwojenia 3-fazowego, wykazuje znaczne pulsacje (Fig. 3,4). Drugi model (Fig. 2) nie ma jednakowej szczeliny pomiędzy zębami stojana a magnesami wirnika. Szczelina na krańcach zęba jest dwa razy dłuższa, niż pośrodku. Pulsacje momentu są nieco mniejsze (Fig. 3,6). W trzecim modelu szczelina jest nierównomierna, a jej długość w środku zęba wynosi połowę długości szczeliny w drugim modelu. Pulsacje momentu nadal występują (Fig. 3, 8). W celu poprawy sytuacji zamiast prądu o stałej wartości rozważono zasilanie prądem zmieniającym się w czasie pomiędzy dwoma przełączeniami komutacyjnymi. Gdy prąd w przybliżeniu zmienia się parabolicznie, rozwijany moment jest prawie stały (Fig. 11). A zatem poprawę przebiegu momentu silnika można osiągnąć na drodze sterowania przebiegu prądu w czasie. Na zakończenie artykułu (rozdz. 4) omówiono aspekty projektowania silników do napędów FD, HD, oraz CD ROM.

5

Comparison performances of permanent magnet brushless DC motors with various structure

Öztura H.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

111-118

EN

Performances of electronically controlled motors depend not only on their principle of operation and control, but also significantly on shape of their magnetic circuit. In this paper, the parameters of two different types permanent magnet two-phase four pole brushless dc motors with auxiliary salient poles are obtained by using two-dimensional finite element method (FEM). The motors are compared in respect of the reluctance, static torques, and the back electromagnetic force (EMF) induced in the stator windings. In the first motor the inter-polar sections which is the area between the permanent magnet poles is occupied by non-magnetic material, such as air. While, in the second motor rotor steel lamination takes place in this part.

PL

Działanie silników sterowanych elektronicznie zależy nie tylko od ich zasady działania i zasady sterowania, ale także, w sposób istotny, od kształtu i parametrów ich obwodów magnetycznych [1,2]. W artykule przedstawiono obliczenia parametrów dwóch dwufazowych, czterobiegunowych silników bezszczotkowych z pomocniczymi biegunami. Obliczenia przeprowadzone zostały w modelu dwuwymiarowym za pomocą metody elementów skończonych (MES). Dwa różne typy bezszczotkowych silników z magnesami trwałymi zostały poddane analizie porównawczej, której kryteriami były: reluktancja, moment statyczny oraz siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniach stojana. W pierwszym silniku [3,4], strefy międzybiegunowe, leżące między biegunami z magnesów trwałych, zajęte są przez środowisko niemagnetyczne, np. powietrze. W drugim silniku, z kolei, strefy takie wypełnione są blachami magnetycznymi. Wszystkie inne parametry konstrukcyjne obu silników były takie same. Matematycznym modelem pola magnetycznego jest zależność przedstawiona równaniem (1), a wyniki symulacji numerycznej rozkładu pola magnetycznego w stanie obciążenia przedstawione na rys. 4. Do obliczenia momentu elektromagnetycznego wykorzystano metodę tensora naprężeń Maxwella, dana równaniem (2). Siła elektromotoryczna obliczana jest przez określenie zmian strumienia magnetycznego względem pozycji wirnika przez równania (3) i (4). Wyniki obliczeń pokazują rys. 5,6 i 7.

6

Analiza zjawisk elektromagnetycznych w przetwornikach elektromechanicznych na podstawie modeli polowych dwu i trójwymiarowe modele dyskretne

Demenko A., Nowak L., Szeląg W.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

61-73

PL

W pracy przedstawiono zarys historii stosowania numerycznych metod analizy pola elektromagnetycznego w obliczeniach przetworników elektromechanicznych. Zwrócono uwagę na dwa główne nurty prac wykorzystujących te metody: (a) prace polegające na stosowaniu metod polowych do obliczania parametrów schematów zastępczych przetworników, (b) prace nad modelami polowo-obwodowymi i algorytmami, w których równania pola są rozwiązywane równocześnie z równaniami stanu przetwornika. Omówiono badania nad dwuwymiarowymi modelami polowo-obwodowymi. Przedstawiono ogólną postać równań modeli trójwymiarowych.

EN

The paper presents shortly the history of the applications of the numerical methods of electromagnetic field analysis in the electromechanical converter calculations. Attention is paid to the finite difference (FD) and finite element (FE) methods. It has been shown that there are two main lines of the application of these method: (a) the methods are applied in the calculations of integral parameters of the equivalent electric and magnetic circuits, and (b) the equations of FD or FE method are combined with the circuit equations of converter windings and with circuit equations of supply system (the circuit and field equations create the so called coupled field-circuit model of the converter). Summarily, the research works in relation to the 2D field-circuit models are discussed in the section 2. The 3D field-circuit models are presented in the section 3. In the considered models, the magnetic vector potential formulation is applied. First, the equations for the models with the edge element (EE) are presented. The finite elements are assumed to be edge elements in relation to magnetic vector potential A. The EE equations of the magnetic field are combined with the equations that describe the distribution of the electric field of conducting currents. In the case of the region with filamentary conductors, the EE equations are combined with the voltage equations which describe the winding currents i(c), see Eq. (1). These currents represent the edge values of current vector potential T. However, for the regions with solid conductors, the electric scalar potential V formulation is applied, see Eq. (3). Matrix equation (3) can be represented by the equations of the reluctance-conductance network. The network representation of tetrahedron is shown in Fig. 1 (reluctance network - Fig. 1a), conductance network - Fig. 1b). The edge element method has been compared with the classical nodal element method for the magnetic vector potential formulation. Finally, the unifed matrix of the equations for the 3D field models have been proposed, see Eq. (6). Equations (6a), (6b) are related to A-T formulation and A-V formulation, respectively. In the case of A-T formulation the finite elements are assumed to be nodal or edge elements in relation to A and T. However, for A-V formulation the finite elements are assumed be nodal in relation to V and are assumed to be nodal or edge elements in relation to A.

7

Eksperymentalny napęd z bezpośrednim sterowaniem momentem silnika synchronicznego o magnesach trwałych

Janaszek M.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2000

|

Z. 205

31-55

PL

Zaprezentowano metodę bezpośredniego sterowania momentem (ang. DTC-Direct Torque Control) zastosowaną do napędu z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych. Przedstawiono wektorowe modele silnika synchronicznego i falownika napięcia, schemat regulacyjny i zasadę działania poszczególnych bloków regulacyjnych. Opisano sterowanie z zastosowaniem 6 i 12 wektorów napięcia na okres. Eksperymentalny serwonapęd zbudowano w oparciu o układ uruchomieniowy DS1102 firmy dSPACE z procesorem sygnałowym TM320C31. Program regulacji realizujący podane w pracy algorytmy obliczeń napisano w języku "C". Przedstawiono również wybrane wyniki badań laboratoryjnych napędu.

EN

Direct torque control method adoptable to PMSM drive is presented. Vector models of synchronous motor and voltage source converter, block diagram of control system containing all basic elements and operating modes of specific control blocks is described. Control strategies with application 6 and 12 switching voltage vector are described. Experimental servo-drive constructed basing on the dSpace development system DS 1102 with signal processor TM320C31. Software making control procedures was written in "C" language. Some selected results of research of experimental drive has been presented.

8

Method of determining demagnetization resistance of commutator permanent-magnet machines

Dudzikowski I.

Archives of Electrical Engineering

|

1999

|

Vol. 48, nr 3

341-361

EN

A method of determining the allowable overcurrents, which do not results in the permanent demagnetization of the magnets, and the magnetic flux value after any current overloading of a motor, has been developed. It takes into account saturation and leakade of magnetic circuit, the influence of temperature, armature winding chording, commutating coil ampere-turns and nonuniformity in the demagnetization of the magnets. An analysis of the effect of the kind and dimensions of the magnets, temperature and the kind of the winding on the value of the magnetic flux and the demagnetization resistance has been carried out. Results of calculations are compared with measurements.

PL

Opracowano metodę wyznaczania dopuszczalnych przeciążeń prądowych nie powodujących trwałego odmagnesowania magnesów oraz wartości strumienia magnetycznego po dowolnych przeciążeniach prądowych silnika. Uwzględniono nasycenie i rozproszenie obwodu magnetycznego, wpływ temperatury, skrót uzwojenia twornika, przepływ zezwojów komutujących, nierównomierność w odmagnesowaniu magnesów. Przeprowadzono analizę wpływu rodzaju i wymiarów magnesów, temperatury i rodzaju uzwojenia na wartość strumienia i odporność na odmagnesowanie. Wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów.

9

Analysis of electromagnetic phenomena in rectifier-powered permanent-magnet commutator motors

Dudzikowski I.

Archives of Electrical Engineering

|

1998

|

Vol. 47, nr 4

339-353

EN

Electromagnetic phenomena in controlled-rectifier powered magnetoelectric commutator motors are analysed in the paper. An algorithm and a calculation program for transient input quantities (voltage, current, input power) and shaft mechanical parameters (torque, speed, mechanical power) in different operating conditions (no-load, load, fault) for different rectifier control angles have been developed by means of hybrid method. Traces of the motor electrical and mechanical quantities were determined by solving differential equations numerically. In addition, an experimental method of determining transients of the machine shaft mechanical quantities on the basis of the motor voltage and current traces measured by oscilloscope has been developed. Results of measurements and calculations are presented.

PL

W pracy przeprowadzono analizę zjawisk elektromagnetycznych w komutatorowych silnikach magnetoelektrycznych zasilanych z prostowników sterowanych. Opracowano algorytm i program obliczeń umożliwiający wyznaczanie przebiegów czasowych wielkości wejściowych (napięcie, prąd, moc pobierana) oraz przebiegów czasowych wielkości mechanicznych maszyny (moment, prędkość, moc mechaniczna) w różnych stanach pracy (stan jałowy, stan obciążenia, stan zwarcia) przy różnych wartościach kąta wysterowania prostownika. Opracowana metoda ma charakter hybrydowy. Przebiegi czasowe wielkości elektrycznych i mechanicznych silnika wyznaczono rozwiązując numerycznie równania różniczkowe. Analizę obwodu magnetycznego wykonano metodą elementów skończonych. Opracowano również eksperymentalny sposób wyznaczania przebiegów czasowych wielkości mechanicznych na wale maszyny, na podstawie zmierzonych oscyloskopowo przebiegów napięcia i prądu silnika. Zamieszczono wyniki obliczeń i pomiarów.