Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 31

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
PL
W artykule przedstawiono zastosowanie algorytmu interior point, na przykładzie optymalizacji elektromagnetycznego układu do pozyskiwania energii z drgań mechanicznych. Układ ten składa się z płaskiej sprężyny, na której zamocowano dwa jarzma z magnesami trwałymi. Pomiędzy jarzmami umieszczono cewkę, w której pod wpływem drgań, a co za tym idzie przemieszczeń sprężyny, indukuje się siła elektromotoryczna. Na podstawie obliczeń polowych stwierdzono, że zwiększenie indukowanego napięcia możliwe jest przez wykorzystanie strumienia po zewnętrznych stronach jarzm. W niniejszej pracy optymalizowano wymiary oraz rozmieszczenie dodatkowych cewek tak, aby uzyskać jak największą amplitudę tego napięcia.
EN
The paper presents application of the interior point algorithm, developed in the Institute of Drive Systems and Robotics, at the Opole University of Technology, to design optimization of the electromagnetic energy harvester. The system consists of a beam spring with the two attached yokes with permanent magnets. A coil is placed between the yokes, in which the electromotive force is induced due externally applied vibrations. On the basis of field calculations, it was found that it is possible to use the leakage flux existing on both exterior sides of the yokes. In this work the dimensions and placement of additional coils, to obtain the highest amplitude of the flux linkage derivative, are optimized providing significant rise of the induced voltage with respect to basic configuration.
EN
The paper analyses the open-circuit frequency characteristics of a mechanical vibration energy harvester comprising of a single-coil cored armature and two vibrating yokes with permanent magnets connected to a plate spring. The cogging force, developed by action of the magnetic flux on the core brings a nonlinear component into system kinematics and causes complex variation of the frequency characteristics. It is shown that depending on dimensions of the generator parts, the system is capable of developing the frequency characteristics whose resonant frequency decreases or increases with the magnitude of external force. Through analysis supported by computer simulations using the finite element models it is shown that the systems with decreasing resonant frequency are more practical due to wider frequency bandwidth and higher amplitude of the generated voltage.
PL
W artykule analizowane są właściwości układu przetwarzania drgań mechanicznych w energię elektryczną zbudowanego z generatora liniowego z pojedynczą cewką z rdzeniem ferromagnetycznym oraz dwóch ruchomych jarzm z magnesami trwałymi połączonymi z metalową sprężyną paskową. Pokazano, że układ o takiej budowie może wytwarzać dwa rodzaje charakterystyk częstotliwościowych, tj. takie w których częstotliwość rezonansowa maleje lub rośnie wraz z amplitudą zewnętrznej siły wymuszającej drgania. Za pomocą symulacji komputerowych z wykorzystaniem modeli siatkowych, pokazano, że w układach praktycznych powinno dążyć się do osiągnięcia pierwszego typu charakterystyk ze względu na szersze pasmo częstotliwości oraz większą amplitudę generowanego napięcia.
EN
The state of knowledge in the field of conversion of energy of mechanical vibrations into electrical energy using nonlinear electromagnetic generators is presented. The principle of operation of the considered converters is based on the Faraday law. The electromotive force is induced by the relative movement of the coil or permanent magnets under impact of externally applied vibrations. In order to diminish the disadvantages of conventional generators, namely the narrow frequency bandwidth, in recent years the nonlinear systems were introduced that exhibit the nonlinear resonance phenomenon. Broadening the frequency bandwidth, in which the power generated by the system is relatively high, is realized via introduction of nonlinear force into system kinematics. Designing such systems becomes a big challenge. Based on thorough survey of recent publications as well as on own expertise in the field, the work compares a few concepts of nonlinear electromechanical minigenerators in term of their functional characteristics and design problems. Sample calculations of frequency characteristics using time- and frequency-domain models are presented.
EN
The paper presents a coupled dynamic mechanical-electromagnetic finite element analysis of a vibration energy harvesting converter with permanent-magnet excitation. The system consists of a small, miliwatt power range, linear-motion permanent-magnet generator connected to a cantilever-beam spring element. The finite element equations derived for the mechanical part of the system according to the 1-D Timoshenko beam theory are coupled strongly with equations describing the 2-D distribution of magnetic field in the generator and those associated with the electric circuit. The time-stepping procedure based on the Crank-Nicolson discretisation schema is applied to the obtained system of differential-algebraic equations. The model is shown to provide satisfactory predictions of the system dynamic performance which is confirmed experimentally.
EN
The paper presents the coupled static and dynamic mechanical–electromagnetic finite element analyses of an electromechanical vibration energy harvesting converter with permanent–magnet excitation. The system consists of a small, milliwatt power range, linear–motion generator connected to a cantilever–beam spring element. The finite element equations derived for the mechanical part of the system according to the 1–D Timoshenko beam theory are coupled strongly with those describing the 2–D distribution of magnetic field in the generator and those associated with the electric circuit. The considered electromechanical coupling allows for prediction of static and dynamic response of the system subjected to action of externally applied force. The static displacement of the moving element is computed via solution of the nonlinear system of equations and is used as an initial solution in dynamic analysis. For computation of the dynamic response of the system the time–stepping procedure based on the Crank– Nicolson discretisation schema is applied. The models are positively validated against the measurements carried out on the laboratory test–stand.
PL
Artykuł przedstawia analizę składników momentu elektromagnetycznego w silniku bezszczotkowym prądu stałego. Stosując obliczenia polowe w dziedzinie czasu dokonano rozkładu składników momentu elektromagnetycznego na: moment pochodzący od siły Lorentza, moment związany z magnetyzacją środowiska i moment zaczepowy. Pokazano, że w maszynie z użłobkowanym stojanem, dominujący jest drugi składnik, natomiast moment związany wyłącznie z siłą Lorentza wnosi zaledwie ułamek procenta wartości momentu całkowitego. Pokazano także, że moment zaczepowy obliczany w stanie bezprądowym, zależy od stanu pracy silnika. Otrzymane wyniki mają charakter poznawczy.
EN
The work presents analysis of the electromagnetic torque components in a permanent-magnet brushless DC motor. The electromagnetic torque is split into the Lorentz force related, the ferromagnetic body magnetisation related, and the cogging components. It is shown that in machine with slotted stator the Lorentz force related component generates less than one per cent of total average electromagnetic torque. It is also shown how that the cogging torque variation is influenced by the stator current.
EN
This paper aims at providing a framework for comprehensive steady-state time-domain analysis of rotating machines considering motion. The steady-state waveforms of electromagnetic and circuit quantities are computed via iterative solution of the nonlinear field-circuit-and-motion problem with constraints of time periodicity. The cases with forced speed and forced load torque are considered. A comparison of execution times with a conventional time-stepping transient model is carried out for two different machines. The numerical stability of a time-periodic model with forced speed is shown to be worse than that of traditional transient time-stepping one, although the model converges within a reasonable number of iterations. This is not the case if forced load via equation of mechanical balance is accounted for. To ensure convergence of the iterative process the physical equation of motion is replaced by the fixed-point equation. In this way the model delivers time-periodic solutions regarding not only the electromagnetic quantities but also the rotational speed.
EN
Delta connection of three-phase windings of brushless DC motors with the surface-mounted magnets contributes to rise of power loss due to the zero-sequence voltage induced by triplen (3, 9, 15, 21, …) harmonics of main flux. Partial control over this undesired effect can be accomplished by means of modification of winding distribution or an application of larger than normally angle of stack skew. This work attempts to reduce these harmonics by means of application of small skew angle along with the magnetic circuit design using a finite element model. The surrogacy-assisted two-objective genetic optimization of motor's magnetic circuit ensures small losses due to zero-sequence current and locates the motor efficiency at 91 per cent of that of basic motor configuration with phases connected in wye.
PL
Skojarzenie pasm uzwojeń w trójfazowych silnikach bezszczotkowych wzbudzanych magnesami trwałymi w trójkąt skutkuje wzrostem strat wywołanych składową zerową siły elektromotorycznej rotacji indukowanej przez tzw. potrojone (3, 9, 15, 21, …) harmoniczne strumienia głównego. Redukcja tego zjawiska może być osiągnięta za pomocą odpowiedniego rozłożenia cewek lub zastosowania większego niż normalnie kąta skosu rdzenia. W niniejszej pracy analizowana jest także możliwość redukcji składowej zerowej prądu oraz zachowania wartości parametrów eksploatacyjnych maszyny metodą optymalizacji obwodu magnetycznego. Optymalizację przeprowadzono przy zastosowaniu wielokryterialnego algorytmu genetycznego oraz metamodelu utworzonego metodą Krigingu na podstawie obliczeń polowych. W wyniku optymalizacji uzyskano silnik o uzwojeniu skojarzonym w trójkąt, której sprawność jest mniejsza o 9 % od sprawności maszyny pracującej z uzwojeniem skojarzonym w gwiazdę.
PL
W pracy przedstawiono obliczenia rozkładu gęstości prądów wirowych za pomocą trójwymiarowej siatkowej metody analizy pola elektromagnetycznego. Zastosowano metodę dyskretyzacji równań Maxwella polegającą na wykorzystaniu funkcji geometrii analitycznej opisujących prądy i napięcia przyporządkowane formom geometrycznym elementów skończonych - ściankom oraz krawędziom. Rozważania są prowadzone dla elementów o kształcie prostopadłościanu w dowolnym układzie współrzędnych. Zastosowano sformułowanie dla zmodyfikowanego magnetycznego potencjału wektorowego. Przedstawiono przykład obliczeniowy dotyczący wyznaczenia współczynnika efektu krańcowego w masywnym wirniku silnika indukcyjnego.
EN
The work aims at the three-dimensional computations of eddy-current distribution using the finite element method. The method of discretisation of the Maxwell equations is based on the application of geometrical analysis for description of currents and voltages associated with geometrical forms of a finite element, i.e. faces and edges. The considerations are carried out for a cuboidal hexahedral element in arbitrary system of coordinates. The formulation for the modified magnetic vector potential is used. The example presented regards determination of the rotor-end factor for a solid-rotor induction motor.
PL
Praca dotyczy zastosowania metod polowych w projektowaniu trójfazowych silników indukcyjnych o wirnikach klatkowych. Zaproponowano rozwiązanie dla przemysłu oparte na wykorzystaniu metody polowo-obwodowej i opracowanym dedykowanym środowisku obliczeniowym. Metoda obliczeń umożliwia bezpośrednie wyznaczanie charakterystyk eksploatacyjnych maszyny, tj. bez potrzeby obliczania jej parametrów skupionych. Przedstawiono wyniki dotyczące syntezy kształtu pręta wirnika. Wykonano praktyczną weryfikację otrzymanych rezultatów.
EN
This works aims at application of technique of designing the three-phase squirrel-cage induction machines based on the finite elements. A dedicated computer software is developed to support the work of designers in the area of the electromagnetic design. The computational technique used allows direct evaluation of performance characteristics of the motors without the need of invoking the equivalent circuit models.The results of physical validation of the computational method, based on the problem of optimal synthesis of the shape of the rotor bar, is presented.
PL
W pracy przedstawiono algorytm obliczania parametrów schematu zastępczego silnika indukcyjnego z uwzględnieniem efektu wypierania prądu w prętach uzwojenia klatkowego oraz nieliniowości obwodu magnetycznego. Algorytm ten bazuje na modelu polowo-obwodowym silnika dla wymuszeń sinusoidalnych. W odróżnieniu od powszechnie stosowanego podejścia obwodowego wykorzystującego wielogałęziowy schemat zastępczy uzwojeń wirników silników głębokożlobkowych, algorytm opiera się na schemacie zastępczym tylko z jedną gałęzią dla obwodu uzwojenia wirnika, i w konsekwencji tego otrzymuje się model, w którym parametry zalezą od punktu pracy maszyny. Wyniki obliczeń otrzymane na podstawie schematu zastępczego dla dwóch maszyn średniej mocy wykazują dobrą zgodność z wynikami otrzymanymi na podstawie modelu polowego.
EN
The paper presents an algorithm for determination of parameters of an equivalent circuit model of the three-phase squirrel-cage induction motors. The approach presented in a simple way allows for considering nonlinearity and deep-bar effect. The parameters of an equivalent circuit model are determined directly from quasi-harmonic solution of the magnetic field distribution by the finite element method. Unlike common approach based on the use of multi-circuit equivalent circuit model of cage winding for deep-bar induction motors, this algorithm uses rotor winding model with only one branch. The parameters determined are, however nonlinear as their values cannot be fixed at constant values but must vary as machine point of operation changes with rotor slip. Sample results presented for two medium-power induction motors show adequacy of the approach. The method is also enough general to be applicable to the majority of three-phase squirrel-cage induction motors.
EN
This paper describes an environment for computer assisted design of three-phase squirrel cage induction machines. The finite element method is used as a computational technique to appropriately account for detailed geometrical properties, skew, material nonlinearity and deep-bar effect. It enables determination of all electromagnetic quantities that are usually of interest of designers of electrical machines directly from the model. Besides of that it contains module for design optimization. The design of experiment is used as a principal optimization technique. Sample results including measurements and the results of optimization are presented.
EN
This work presents the co-simulation approach to the analysis of control systems containing detailed models of electromagnetic and electromechanical converters. In this method of analysis the attention is paid to the whole system and not only to its electromagnetic part. The latter is described by equations resulted from the two-dimensional finite element discretisation of the Maxwell equations, and is coupled weakly with the remaining part of the system. The simulation is carried out in Matlab/Simulink environment wherein the coupling is realised through the S-function. Example results regarding simulation of the operation of the control system of an electrical machine and the operation of a power electronic converter are presented and compared with available reference data.
PL
W pracy przedstawiono metodę obliczania strat w żelazie w przełączalnych silnikach reluktancyjnych. Podstawą metody jest równanie określające zmienność gęstości strat w jednostce masy, w dziedzinie czasu. Metoda wymaga znajomości chwilowej wartości rozkładu indukcji magnetycznej w całym obwodzie magnetycznym. Rozkład ten wyznaczono metodą elementów skończonych. Przeprowadzono weryfikację opracowanej metody w oparciu o stanowisko pomiarowe z maszyną o dwóch parach biegunów, zasilaną jednopulsowo.
EN
The paper presents the method of iron loss prediction in the switched reluctance motors. It is based on the modified core loss equation that is the results of transformation of original unit core loss equation, from frequency to time-domain. The method requires the knowledge of instantaneous magnetic flux density distribution, therefore a finite element model is elaborated for that purpose. The method is validated against measurements carried out on the laboratory test-rig for a small 100 Watt, two-phase motor supplied from single-pulse converter.
15
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.
EN
In the paper a two-dimensional time-stepping finite element model of a hysteresis motor with a conducting solid rotor is described. The model incorporates a vector hysteresis model that allows for representation of ferromagnetic hysteresis including major and minor excursions on the BH plane. The equations of the magnetic field are solved using the Fixed-Point technique. The results of calculations are compared to those measured on the prototype machine.
17
Content available remote Torque calculations in electrical machine models. A sliding surface technique
EN
The paper deals with the electromagnetic torque computations in models of rotating electrical machines utilizing the Lagrange sliding surface technique for rotor movement representation. Various interpolating functions are tested to construct a coupling algorithm for moving and stationary regions. Two different formulas for torque calculation are used. The error in torque computations is assessed using two models of induction machines. The reference models are those of the same machines but applying the moving band technique. The best interpolation algorithm is found from the analysis and its accuracy is assessed by comparison with other algorithms. The analysis is carried out under assumption of uniformly distributed nodes at the sliding interface and is addressed to two-dimensional finite element models based on first order approximation.
PL
W pracy przedstawiono metodę obliczeń momentu elektromagnetycznego w modelach polowych maszyn elektrycznych, dostosowaną do metody odwzorowania ruchu obrotowego metodą powierzchni ślizgowej. Zastosowano różne funkcje interpolujące rozkład pola magnetycznego w szczelinie powietrznej a na ich podstawie skonstruowano algorytm sprzężenia siatki ruchomej z siatką nieruchomą. Zastosowano dwie różne metody obliczeń momentu oraz dwa modele maszyn indukcyjnych. Wynikiem analizy jest znalezienie metody interpolacji zapewniającej największą dokładność. Analizę wykonano dla modelu dwuwymiarowego, przy założeniu równomiernego rozmieszczenia węzłów na powierzchni ślizgowej oraz przy aproksymacji elementami pierwszego rzędu.
EN
The paper deals with the calculation of hysteresis power loss in cores of electromechanical converters. The analysis was carried out using the Jiles-Atherton model of ferromagnetic hysteresis incorporated into two-dimensional time-stepping finite element model. A vector hysteresis model was constructed by the vectorisation of a scalar model. The total power loss due to hysteresis was split into two component, one originating from the purely alternating magnetic field, and the second being a consequence of the local predomination of vector nature of magnetic field distribution. Two computational examples are presented showing the general applicability of the algorithm for determination of power loss distribution.
PL
W pracy przedstawiono wyniki obliczeń strat mocy z histerezy w rdzeniach przetworników elektromagnetycznych. W analizie zastosowano dwuwymiarowy model obwodowo-polowy skonstruowany na bazie metody elementów skończonych oraz model histerezy. Wektorowy model histerezy magnetycznej skonstruowano metodą wektoryzacji modelu skalarnego Jilesa-Athertona. Dokonano rozdzielenia całkowitych straty mocy z histerezy na straty będące wynikiem składowej przemiennej rozkładu przestrzennego pola magnetycznego oraz straty wynikające z obrotu wektora indukcji magnetycznej w lokalnym układzie współrzędnych. Przedstawiono dwa przykłady obliczeniowe ilustrujące możliwości zastosowania opracowanego algorytmu.
PL
W pracy przedstawiono metodę modelowania stanów nieustalonych w transformatorach przy wykorzystaniu metody sieci reluktancyjnych. Uzyskanie zadawalających wyników obliczeń przy wykorzystaniu opracowanego modelu wymaga dobrej znajomości parametrów zastępczego modelu obwodowego. Do poszukiwania parametrów tego modelu zastosowano Algorytm Ewolucyjny. Przedstawione wyniki obliczeń oraz badania doświadczalne świadczą o dużej skuteczności zastosowanej metody symulacji stanów nieustalonych.
EN
The paper presents the method for modeling of trasient states in transformers using equvalent lumped-parameter reluctance network. In order to obtain the accurate result, using the elaborated model the appropriate parameters of equivalent reluctance network should be known with high accuracy. For estimation of these parameters the evolutionary algorithm was successfully applied in this work.
PL
W pracy przeprowadzono badania wpływu rodzaju magnesów trwałych na parametry silnika tarczowego ze stojanem o wydatnych biegunach. Rozpatrywane są dwa rodzaje magnesów trwałych na bazie izotropowych proszków magnetycznych NdFeB. Szczegółowa analiza umożliwia uzyskanie odpowiedzi na pytanie "Czy pogorszenie parametrów elektromechanicznych silnika pracującego z magnesami trwałymi o połowę niższej energii magnetycznej będzie na tyle duże, że zastosowanie silnika w analizowanym napędzie nie będzie możliwe?". Charakterystyki statyczne przetwornika (przy prądzie stałym) uzyskano przy użyciu trójwymiarowej metody elementów skończonych. Charakterystyki w stanach ustalonych otrzymano przy wykorzystaniu modelu obwodowego o parametrach skupionych, z uwzględnieniem części przekształtnikowej. Wyznaczono oraz porównano charakterystyki elektromechaniczne obydwu silników. Wyniki obliczeń zweryfikowane doświadczalnie, pokazują że silnik pracujący z magnesami trwałymi o połowę niższej energii spełnia wymagania napędu i jest korzystną alternatywą pod względem kosztów.
EN
In the paper, an analysis of the performance of a special permanent magnet disc-type motor with the salient-pole stator is considered. Two types of NdFeB permanent magnets are used. The analysis is carried out to obtain the question "Does application of the magnets with half-reduced magnetic energy deteriorate the properties of the motor to such an extent that its practical use is undesirable ?". The static characteristics are obtained on a basis of the three-dimensional magnetic field analysis. The assessment of the motors' performance is carried out on a basis of circuit-oriented lumped parameter model model accounting for voltage inverter topology. The steady-state characteristics of the considered machine such as mechanical characteristics are determined and compared. The calculation results show that the motor operating with permanent magnets with half reduced magnetic energy is quite favorable alternative owing to the costs of the drive.
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.