This article constitutes an introductory part of the special section on Intelligent Fault Monitoring and Fault-Tolerant Control in Power Electronics, Drives and Renewable Energy Systems. In the current issue of the journal, the first part of this section is published. Accepted articles are focussed mainly on the sensor-fault diagnosis methods for T-type inverter-fed dual- three phase PMSM drives, partial demagnetization, faults of the permanent magnet synchronous generator (PMSG) and online open phase fault detection (FD) in the sensorless five-phase induction motor drive implemented with an inverter output LC filter and third harmonic injection. Also, neural networks (NN) application in the detection of stator and rotor electrical faults of induction motors has been proposed in one of the papers, and the observer-based FD concept for unknown systems using input–output measurements was applied to a brushless direct current motor drive with unknown parameters.
Celem artykułu jest przedstawienie koncepcji pozyskiwania energii elektrycznej ze stanowisk do ćwiczeń fizycznych. Stanowiska powszechnie używane w siłowniach czy klubach fitness proponuje się przekonstruować w taki sposób, aby możliwy był odzysk energii. Jako przetwornik energii mechanicznej wytwarzanej przez ćwiczącego w energię elektryczną zastosowano maszynę z magnesami trwałymi, którą cechuje wysoka sprawność. Zamiana energii mechanicznej w elektryczną pozwala na szersze wykorzystanie wytworzonej energii. Uzyskaną energię można magazynować lub wykorzystać bezpośrednio na oświetlenie, ogrzewanie wody, klimatyzowanie pomieszczeń, czy przesył do sieci elektroenergetycznej.
EN
The paper presents the concept of acquiring electrical energy from the gymnastic workstations. The stations commonly used in gyms of fitness clubs may be reconstructed in such a way that energy may be recovered from them. Mechanical energy output by the exercising person may be converted to electrical energy by a transducer. We used a permanent magnet machine which is characterized by high efficiency. The conversion of mechanical energy into electrical makes it possible to use this energy in a variety of ways. This energy may be stored or used directly for lighting, heating of water, air-conditioning of rooms or it may also be transmitted to the power grid.
This paper presents the loss-oriented performance analysis of a radial highspeed permanent magnet (PM) machine with concentrated windings for automotive application. The PM synchronous machine was designed for an operating frequency up to 800 Hz. The main aim of this paper is to analyse the selected methods for magnet eddycurrent loss reduction. The first approach to rotor modification regards magnet segmentation in circumferential and axial directions. The second approach is based on changes in tooth-tips shape of the stator. The best variants of tooth-tip shapes are determined for further investigation, and adopted with a rotor having magnet segmentation. It is found that the machine with a segmented magnet leads to magnet loss reduction by 81%. Further loss reduction by 45% can be realized with the proposed tooth-tip shape. Additionally, owing to the stator and rotor modifications, the main machine parameters are investigated, such as back-EMF, electromagnetic torque, torque ripple and cogging torque. The 2-D and 3-D finite element analysis (FEA) is used for electromagnetic analysis. An experimental approach based on a partially wound stator is employed to verify the 3-D FEA.
A radial high-speed permanent magnet (PM) machine with concentrated windings (operating frequency up to 800Hz) is selected for automotive application based on hybrid variants. This paper presents selected methods for magnet eddy-current loss reduction by rotor and stator modifications. The first approach to rotor modification regards magnet segmentation in circumferential and axial directions. The second approach is based on changes in tooth-tips shape. The best variants of tooth-tip shapes are determined for further investigation, and adapted with rotor having magnet segmentation. The machine with segmented magnet leads to magnet loss reduction by 81%. Further loss reduction by 45% can be realized with the proposed tooth-tip shape. Furthermore, the most important machine parameters are investigated. The 2-D and 3-D finie element analysis (FEA) is used for electromagnetic analysis. An experimental approach based on a partially wound stator is employed to verify the 3-D FEA.
PL
Celem pracy jest zaprezentowanie wybranych technik redukcji prądȯw wirowych w magnesach w wysokoobrotowym (częstotliwość zasilania do 800Hz) silniku synchronicznym z magnesami trwałymi, przeznaczonym do aplikacji w ciężkich pojazdach z napędem elektrycznym. W pierwszym podejściu zastosowano segmentacje magnesów w kierunku osiowym i radialnym (redukcja prądów wirowych indukowanych w magnesach do 80%). W drugiej metodzie zbadano kształt profilu nabiegunników stojana (obniżenie strat mocy w magnesach do 45%). Finalnym celem pracy będzie wybranie najlepszych wariantów nabiegunnika stojana i zaadoptowanie ich do silnika z segmentacją magnesów, co powinno znacznie poprawić sprawność silnika. Dla tych rozwiązań zbadano najważniejsze parametry silnika. Obliczenia numeryczne przeprowadzono na modelach polowych 2-D i 3-D bazujących na metodzie elementów skończonych.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article shows a new field of application for the matrix converter (MC) as the interconnecting device between the high speed, permanent magnet generator and the grid. The converter works under the developed control algorithm based on a so called ‘area based’ approach. The device consists of a converter, a transformer (or transformers) and filters and is supposed to substitute or revolution decreasing gear box or DC link based power electronic converter. Several structures, including multiphase structures (3, 12 phase) were investigated and their properties were assessed using the results of Matlab Simulink based simulations. The simulations were performed using the standard Simulink models and the developed, simplified permanent magnet motor model. The results were very satisfactory, i.e. input waveforms distortions, output current and machine torque ripples were at acceptable levels for the multiphase structures and high frequency input. The waveform distortions were found to be a function of input frequency and the number of phases in the conversion device, but the structure of the converter was limited to a 12x12 structure for economic reasons.
PL
W artykule pokazano aplikację Przekształtnika Macierzowego (MC – Matrix Converter) jako układu synchronizującego pomiędzy wysokoobrotowym generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi a Systemem Elektroenergetycznym. Przekształtnik jest sterowany za pomocą skonstruowanego jednookresowego algorytmu kontroli – jednego z algorytmów należących do klasy algorytmów obszarowych. W proponowanym urządzeniu, które składa się z transformatora (transformatorów), filtrów oraz przekształtnika, MC ma zastąpić przekładnię mechaniczną lub przekształtnik AC-DC-AC. Podstawowe symulacje obejmujące część elektryczną mikroturbiny (generator, przekształtnik, transformator, filtry) wykonano w programie MATLAB/Simulink. W ramach pracy na podstawie symulacji oceniano wpływ rozmiaru struktury MC (3-, 12-fazowa) na pracę generatora z magnesami trwałymi (składowa zmienna momentu elektrycznego) oraz poziom zniekształceń napięć i prądów. Zniekształcenia, które były funkcją rozmiaru struktury MC oraz prędkości obrotowej generatora, uznano za akceptowalne i łatwe do odfiltrowania dla struktury 12x12. Większych struktur nie rozpatrywano, gdyż koszt takich urządzeń byłby nieuzasadniony.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article shows new field of application of Matrix Converter (MC) as the interconnection device between high speed generator and the grid. The converter works under the developed control algorithm based on so called “area based” approach. The device consists of converter, transformer (transformers) and filters and is supposed to substitute or revolution decreasing gear box or DC link based power electronic converter. Several structures, including multiphase ones (3,12 phase) were investigated and their properties were assessed using the results of Matlab Simulink based simulations. The simulations were performed using standard Simulink models and developed, simplified permanent magnet motor model. The results were very satisfactory i.e. input waveforms distortions, output current and machine torque ripple were at acceptable levels for the multiphase structures and high frequency input. The waveforms distortions were found to be function of input frequency and number of phases in conversion device, but the structure of the converter was limited to 12x12 structure due to the economic reasons.
PL
W artykule pokazano aplikację Przekształtnika Macierzowego (MC – matrix converter) jako układu synchronizującego pomiędzy wysokoobrotowym generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi a Systemem Elektroenergetycznym. W pracy MC pracuje pod kontrolą jednookresowego algorytmu sterowania - jednego z algorytmów należących do klasy algorytmów obszarowych. MC w urządzeniu ma zastąpić przekładnię zębatą lub przekształtnik AC-DC-AC. W programie MATLAB/Simulink wykonano szereg symulacji części elektrycznej mikroturbiny (generator, przekształtnik, transformator, filtry). W ramach pracy oceniano wpływ rozmiaru struktury MC (3, 12 fazowa) na pracę generatora z magnesami trwałymi, ocenie podlegały: prąd, napięcie i kształt momentu elektromagnetycznego.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono problem przydatności obliczeń momentu zaczepowego w wielobiegunowej maszynie z magnesami trwałymi. Obliczenia tej samej maszyny zostały wykonane przez różnych autorów, bez wymiany informacji między nimi. Obliczenia wykonano przy użyciu różnych programów. Duże rozbieżności między uzyskanymi wynikami obliczeń i pomiarami pozwalają na stwierdzenie, że obliczanie momentu zaczepowego w takich maszynach jest mało przydatne.
EN
The paper presents plausibility of calculation of cogging torque of multi-pole motor. Calculation for the same motor were performed by different authors without information exchange among them. The calculation were performed with the use of different programs. A large discrepancies among obtained results allow authors to allege that calculation of cogging torque is implausible.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych dotyczących wpływu otwarcia żłobka na moment zaczepowy sześciobiegunowej maszyny z magnesami trwałymi. Analizowane były skrajne dwa przypadki – minimalne otwarcie żłobka oraz maksymalne przy zębach o stałej szerokości. W obu przypadkach badano maszynę z tym samym wirnikiem. Dokonano także selekcji magnesów w celu wyeliminowania wpływu różnego ich namagnesowania. Zaobserwowano wyraźny wpływ otwarcia żłobka na wartość momentu zaczepowego, co przedstawiono na załączonym wykresie. Ze względu na znaczną zależność momentu zaczepowego od dokładności wykonania maszyny szczególną uwagę zwrócono na precyzję wykonania jej elementów.
EN
The paper presents experimental results concerning the impact of open slot on cogging torque of six poles permanent magnets machine. Two opposite cases were analyzed – minimal and maximal openness of the slot. The same type of the rotor was used in both machines. Additionally, in order to prevent from the influence of different degree of magnetization of magnets on the experiment results, they have been carefully selected. The clear impact of open slot on the cogging torque has been observed, what was presented in attached figure. Due to significant dependence of precision of elements of machines being made on the cogging torque, significant attention has been paid on its precision.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper discusses the cogging torque minimization of a Double Stator Cup-Rotor (DSCR) Machine. It is an integration of two permanent magnet machines, for use in applications of wind energy generation. By investigation, it is shown that an optimum pole-slot combination can be selected, under design specifications, to achieve the minimum cogging torque. 2-D Finite Element Modelling and Analysis (FEM) is used in this paper.
PL
W artykule opisano zagadnienie minimalizacji momentu zaczepowego w maszynie typu DSCR (ang. Double Stator Cup-Rotor). Maszyna taka ma zastosowanie jako generator do turbin wiatrowych. W analizie wykazano, że wybranie optymalnego stosunku bieguny/żłobki przy projektowaniu pozwala na minimalizację tego momentu zaczepowego. W pracy zastosowano modelowanie 2-D oraz analizę metodą elementów skończonych.
In the paper estimation of machining influence of samariumcobalt permanent magnets on the aircraft brushless DC electric motor parameters is carried out. As a result of machining of permanent magnets in magnetized state, the experimental confirmation of deteriorating of the brushless DC electric motor parameters was received.
PL
Przedstawiono wyniki analizy i badań dwóch egzemplarzy takiego samego bezszczotkowego silnika prądu stałego wykorzystywanego w technice lotniczej. W pierwszym z nich wirnik z magnesami był poddawany obróbce mechanicznej po namagnesowaniu. W drugim – magnesowanie nastąpiło dopiero po obróbce mechanicznej. Wyniki analizy i badań wskazują na znaczne osłabienie strumienia magnetycznego w wyniku obróbki, a więc w konsekwencji znaczne pogorszenie właściwości i charakterystyk silnika.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This work presents a general magnetically nonlinear three-phase dynamic model of permanent magnet machine. The model is composed of elementary phase windings. The voltage balance in each individual phase winding is given as a function of back-emf and magnetic couplings among individual phase windings that depend on magnetic conditions in the machine's iron core. In this way, any connection of the phase windings and any type of voltage supply can be used. The obtained dynamic model is suitable for analysis of permanent magnet synchronous - and brushless DC machines as well as for simulations of transients in electric circuits.
PL
Artykuł przedstawia ogólny model maszyny z magnesami trwałymi, uwzględniający magnetyczną nieliniowość, trójfazowość i dynamikę. Model złożony jest z elementarnych uzwojeń. Równowaga napięciowa w każdym uzwojeniu fazowym jest funkcją stałej napięciowej i sprzężeń magnetycznych.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents an accurate and fast model for permanent magnet brushless DC motor drive electrical subsystem simulation. The coupling between the motor model and external circuits is represented in a form of complete electric circuit model. The complete electric circuit model was implemented and solved in the Maltab/Simulink environment.
PL
Artykuł przedstawia modele dla dokładnej I szybkiej symulacji bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi, pracującego w układzie napędowym. Sprzężenie modelu silnika i obwodu zewnętrznego zostało przedstawione w postaci jeddnolitego obwodu elektrycznego, który został implementowany i zrealizowany numerycznie w środowisku Matlab/Simulink.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper a performance evaluation of a PM DC commutator motor (PMDCCM) based on finite element method (FEM) is presented. The quasi-3D method which is adopted for this analysis is consisted of a 2D FEM calculation of the magnetic field in the 3D axial domain of the motor. The magnetic field distribution is calculated at different armature current and different rotor displacements. Using the results from the FEM the electromagnetic and electromechanic characteristics are going to be presented and a performance evaluation of the motor will be carried out.
PL
Artykuł zawiera ocenę działania silnika komutatorowego z magnesami trwałymi, bazującą na metodzie elementów skończonych. Quasi-trójwymiarowa metoda wykorzystana w artykule jest kombinacją podejścia dwuwymiarowego w obszarze trójwymiarowym o symetrii osiowej. Rozkład pola magnetycznego jest wyznaczany dla różnych prądów twornika i różnych położeń wirnika. Wykorzystując wyniki analizy MES wyznaczono charakterystyki elektromagnetyczną i elektromechaniczną, co pozwala skutecznie ocenić działanie silnika.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In the paper an experimental design proposal for improved performance characteristics of a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is presented. Starting with an existing topology, by using FEM field computations, an assessment of the steady state performance of the motor is done. A special emphasis is put on the torque pulsations, as well as the cogging torque. Aiming to the improvement of motor characteristics, a novel design by using soft magnetic composites is proposed. The torque characteristics of the both design topologies are compared and analysed.
PL
W artykule przedstawiono propozycję doświadczalnego podejścia do poprawienia charakterystyki silnika synchronicznego z magnesami trwałymi. Wychodząc z istniejącej topologii oraz wykorzystują analizę pola elektromagnetycznego MES przeprowadzono ocenę działania silnika w stanie ustalonym. Specjalny nacisk został położony na moment pulsacyjny oraz na moment zaczepowy. Zmierzając do poprawy charakterystyki silnika, nowe projekt, wykorzystujący miękkie materiały kompozytowe, został zaproponowany. Charakterystyki momentu dla dwóch projektów zostały porównane i przedyskutowane.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Celem tej pracy jest budowa dynamicznego modelu cieplnego silnika o strumieniu osiowym I magnesach trwałych. Opracowany model może służyć do zaprojektowania nowych metod chłodzenia. W modelu założono znajomość strat mocy w poszczególnych fragmentach konstrukcji. Dynamika modelu została opisuje pracę z obciążeniem cyklicznym oraz przebieg przejściowy. Obwód cieplny silnika jest podzielony na sześć części, co pozwala na analizę chłodzenia asymetrycznego. Efekt chłodzenia zewnętrznego (wentylacja) jest badany pomiarowo i modelowo. Zdefiniowane zostały parametry krytyczne.
EN
The aim of this study was to design a dynamic thermal model for axial-flux permanent magnet machine. The model can be used to design new cooling methods and constructions for this machine type. The power losses in each part of the machine were assumed to be known. The dynamic model can be used to simulate cyclic loading and transient action. The thermal network is divided into six sectors, thereby enabling analysis of an asymmetric cooling. The effect of external ventilation is examined with measurements and modeling. The critical parameters are defined.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The comparison between analytical and numerical (finite element method (FEM)) solution of magnetic field by permanent magnets (PMs) excitation in linear permanent magnet synchronous machine (LPMSM) is presented. Both analytical and numerical solutions are obtained from 2D analysis via magnetic vector potential. It is shown that good agreement between both is obtained.
PL
Przeprowadzono porównanie rozkładów pola magnetycznego uzyskanego metodą analityczną i numeryczną (metoda elementów skończonych) i generowanego w liniowym silniku synchronicznym z magnesami trwałymi. Oba rozwiązania zostały uzyskane w modelu dwuwymiarowym przy użyciu magnetycznego potencjału wektorowego. Analiza porównawcza wykazała dobrą zgodność obu rozwiązań.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki obliczeń rozkładu indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej maszyny magnetoelektrycznej. Do wyznaczania rozkładu pola elektromagnetycznego zastosowano metodę elementów krawędziowych. Wykorzystano funkcje interpolacyjne elementu ściankowego do obliczenia składowych wektora indukcji. Rozpatrzono maszynę z magnesami trwałymi jednorodnie i niejednorodne namagnesowanymi. Do prezentacji wyników obliczeń wykorzystano bibliotekę graficzną OpenGL.
EN
The paper presents the results of the flux density calculations in the air gap of the permanent magnat machine. The magnetic vector potential formulation and edge element method were applied. The edge value of A has been used to obtain the facet value of flux density. The interpolation functions of facet element are applied in the calculation of flux density components. The machines with homogeneous and inhomogeneous magnetized magnets were considered. The computer graphic with OpenGL were used to present the flux density distribution.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca zawiera opis metodyki analizy sił i naprężeń magnetycznych za pomocą dwuwymiarowej metody elementu skończonego z wykorzystaniem techniki kroków czasowych. Badano stan jałowy silnika oraz obciążenie znamionowe. Wyniki przetwarzano za pomocą 2DDTF z uwzględnieniem wpływu skosu pakietu blach w maszynie.
EN
This paper deals with finite element analysis of the magnetic field distribution inside the PM motor by means of the time-stepping approach. The basic numerical model used here is two dimensional, however, additional extension towards slot skewing effect has been also introduced. The analysis has been performed for no-load case and also for the rated load. The 2D DFT is used for the conversion of time-space field into modal-frequency domain.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
An analysis of the effect of the type of magnet, the magnetic circuit dimensions and the temperature on the demagnetisation resistance of the commutator permanent-magnet machine was carried out. The current pulse transients, armature reaction flux transients and main flux transients were measured and compared with the results of calculations.
PL
Przeprowadzono analizę wpływu rodzaju magnesu i wymiarów obwodu magnetycznego oraz temperatury na odporność na odmagnesowanie komutatorowej maszyny magnetoelektrycznej. Wykonano pomiary przebiegów czasowych impulsów prądowych oraz przebiegów czasowych strumienia oddziaływania twornika i strumienia głównego. Wyniki pomiarów porównano z wynikami obliczeń.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.