plik


Zeszyty Problemowe  Maszyny Elektryczne Nr 75/2006 1 Tomasz Zawilak, Ludwik Antal, Jan Zawilak Politechnika WrocBawska, WrocBaw WPAYW OBCI{ENIA NA ODKSZTAACENIE PRDU W SILNIKU PRDU PRZEMIENNEGO Z MAGNESAMI TRWAAYMI THE INFLUENCE OF LOAD LEVEL ON CURRENT DEFORMATION IN AC PERMANENT MAGNET MOTOR Abstract: This paper presents the influence of load level on harmonic contents in line start permanent magnet synchronous motor. All known methods leading to minimization harmonics concern only permanent magnet flux distribution and no load back EMF. Meanwhile studies carried out for 2 HP LSPMSM show that har- monics level depends on load level. It is connected with armature reaction flux and non-uniform magnetic re- luctance along rotor circumference. Results of FEM calculation including flux pattern and normal component of flux density along an airgap are presented. Harmonics of phase current as a function of load torque are also shown. 1. Wstp zmieniono konstrukcj, a wic i wykrj blach Maszyny synchroniczne z magnesami trwaBymi (z ang LSPMSM- Line Start Permanent Magnet wirnika. Synchronous Motor) przystosowane do rozru- a) chu bezpo[redniego maj liczne zalety w sto- sunku do silnikw indukcyjnych przy zachowa- niu prostoty obsBugi. Do wad nale|y zaliczy znacznie wiksz, w porwnaniu z silnikami indukcyjnymi, zawarto[ wy|szych harmonicz- nych indukcji, prdu oraz momentu elektroma- gnetycznego [5]. Prostoktny rozkBad siBy ma- gnetomotorycznej magnesw generuje wy|sze harmoniczne strefowe (gBwnie 5 i 7). Brak skosu pakietu wirnika utrudnia eliminacj har- monicznych |Bobkowych. Mo|na wprawdzie ogranicza je skosem pakietu stojana, jednak komplikuje to technologi procesu zwojenia. W literaturze [wiatowej problem wy|szych har- b) monicznych w silnikach typu LSPMSM jest U Lcz Ruzw SEM A obecny, jednak nie opisano wystarczajco zja- Uzwojenie wiska ich powstawiania [2]. Zalecenia zwizane UB stojana z konstrukcj tych silnikw dotycz minimali- zacji harmonicznych indukowanej siBy elektro- UC motorycznej w stanie bezprdowym [1, 3]. Wy- konane i opisane w niniejszej pracy badania Rp Lp pokazuj, |e zawarto[ harmonicznych w silni- kach typu LSPMSM zale|y od obci|enia. Uzwojenie pret klatki 2. Badana maszyna wirnika Badania wykonano wykorzystujc numeryczny dwuwymiarowy polowo-obwodowy model sil- Rp Lp nika typu LSPMSM opisany w [5]. Aktualnie prezentowany model fizyczny tego silnika Rys.1. Polowo-obwodowy model silnika: wykorzystuje standardowy silnik indukcyjny a - geometria modelu, b - schemat obwodowy typu Sh 90 L4. W silniku tym caBkowicie Zeszyty Problemowe  Maszyny Elektryczne Nr 75/2006 2 Inne s wymiary i liczba |Bobkw wirnika, lina powietrzna, kilkakrotnie mniejsza od gru- mniejsza [rednica waBu a ponadto wykrojono bo[ci magnesw. Zmiana oporu magnetycznego otwory dla osadzenia magnesw trwaBych (typu na obwodzie wirnika zachodzi skokowo, zatem NdFeB) uBo|onych w konfiguracji  V . Sposb indukcja strumienia oddziaBywania twornika rozmieszczenia magnesw ma decydujcy rwnie| zmienia si skokowo. Powoduje to, wpByw na rozkBad i ksztaBt pola magnetycznego. wspomniane wcze[niej, zwikszenie amplitud W obliczeniach numerycznych rozpatrywano poszczeglnych harmonicznych w stanie obci- kilka modeli r|nicych si ktem rozwarcia |enia. magnesw. Do dalszych badaD wybrano model 3.2 Analiza harmoniczna prdu fazowego o najmniejszej zawarto[ci wy|szych harmo- stojana badanego silnika nicznych indukcji w szczelinie powietrznej w Wirujce synchronicznie z wirnikiem harmo- stanie bezprdowym. Geometri cz[ci polowej niczne pola magnetycznego indukuj w uzwo- wraz z fragmentem siatki dysktretyzacyjnej jeniu stojana harmoniczne siBy elektromoto- oraz schemat elektryczny cz[ci obwodowej modelu badanego silnika przedstawiono na ry- rycznej. Harmoniczne sem niepodzielne przez 3 (uzwojenie skojarzone w gwiazd) powoduj sunku 1. przepByw harmonicznych prdu w zamknitym 3. Wyniki obliczeD przez sie uzwojeniu stojana. W wyniku tego 3.1 Analiza pola magnetycznego prd pobierany z sieci w stanie obci|enia jest odksztaBcony, co pokazano na rysunku 4. Po- Dla opracowanego modelu polowo-obwodo- dobnie jak w przypadku wy|szych harmonicz- wego silnika wykonano obliczenia pola ma- nych indukcji najwiksze znacznie maj har- gnetycznego. Na rysunku 2 przedstawiono roz- moniczne strefowe oraz harmoniczne |Bobkowe kBad linii pola magnetycznego (a), obwodowy wirnika i stojana. rozkBad (b) oraz wyniki analizy harmonicznej Wielko[ poszczeglnych harmonicznych jest (c) skBadowej normalnej indukcji w szczelinie uzale|niona od stopnia obci|enia silnika. Dla powietrznej w stanie bezprdowym maszyny. Z zbadania tej zale|no[ci wykonano szereg obli- analizy harmonicznych strefowych pola wytwa- czeD, w ktrych parametrycznie zmieniano rzanego przez magnesy trwaBe wynika, |e naj- warto[ kta mocy a tym samym momentu ge- wiksze amplitudy maj harmoniczne rzdu nerowanego przez silnik. Nastpnie wykonano w = 3, 5 i 7 (czyli p = 6, 10 i 14 par biegunw). analiz harmoniczn prdu dla r|nych obci- Znaczne warto[ci maj rwnie| harmoniczne |eD, a wyniki przedstawiono na rysunku 5. Z |Bobkowe wirnika (gBwnie |w=13) oraz sto- wykresu wynika, |e ze wzrostem obci|enia jana (|s=17, 19). amplitudy wy|szych harmonicznych rosn. Wyniki obliczeD pola magnetycznego silnika Potwierdza to postawion wcze[niej hipotez, pokazano na rysunku 3. W stanie obci|enia |e ich zrdBem jest strumieD oddziaBywania pole ulega wikszemu odksztaBceniu w porw- twornika zale|ny od obci|enia. naniu ze stanem bezprdowym. Harmoniczne Charakter zmian ka|dej z harmonicznych jest strefowe niskiego rzdu ( = 5 i 7) wzrastaj inny. Ze zmian obci|enia harmoniczne rz- odpowiednio, ponad siedmio i czterokrotnie. dw 5, 7, 19 rosn wolniej ni| harmoniczne Zwikszenie amplitud wy|szych harmonicz- rzdw 13, 17. Przyczyn zjawiska jest za- nych w stanie obci|enia zwizane jest z od- pewne zmiana oporu magnetycznego dla po- dziaBywaniem twornika. Zjawiska tego nie na- szczeglnych harmonicznych, zmieniajcego le|y jednak tBumaczy wy|szymi harmonicz- si z ktem mocy (inne poBo|enie osi d i q nymi siBy magnetomotorycznej uzwojenia sto- wzgldem strumienia oddziaBywania twornika jana, lecz nierwnomiernym obwodowym roz- dla poszczeglnych harmonicznych). kBadem oporu magnetycznego wirnika. Ma- gnesy umieszczone wewntrz wirnika maj przenikalno[ magnetyczn wzgldn blisk jedno[ci, co powoduje, |e opr magnetyczny dla oddziaBywania twornika w osi d jest du|y. Jednak droga dla strumienia oddziaBywania twornika przebiega tak|e w osi q gdzie gBwn skBadow oporu magnetycznego stanowi szcze- Zeszyty Problemowe  Maszyny Elektryczne Nr 75/2006 3 a) b) b) 1,5 1,5 1 1 0,5 0,5 0 0 -0,5 -0,5 -1 -1 -1,5 -1,5 0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360 kt [deg] kt [deg] c) c) 0,88 0,93 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 n=p n=p Rys.3. Linie pola magnetycznego (a), obwo- Rys.2. Linie pola magnetycznego (a), obwo- dowy rozkBad skBadowej normalnej indukcji (b) dowy rozkBad skBadowej normalnej indukcji (b) oraz jej harmoniczne (c) w szczelinie powietrz- oraz jej harmoniczne (c) w szczelinie powietrz- nej badanego silnika w stanie obci|enia zna- nej badanego silnika w stanie bezprdowym mionowego a) b) 4,97 6 1 4 0,8 2 0,6 0 -2 0,4 -4 0,2 -6 0 0 0,005 0,01 0,015 0,02 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 czas [s] n=p Rys.4. Przebieg (a) i analiza harmoniczna (b) znamionowego prdu fazowego badanego silnika indukcja [T] indukcja [T] indukcja [T] indukcja [T] prd [A] prd [A] Zeszyty Problemowe  Maszyny Elektryczne Nr 75/2006 4 10 0,5 8 0,4 I5 6 0,3 I13 I17 4 0,2 I7 I19 2 0,1 I11 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 moment [N*m] moment [N*m] Rys.5. Zale|no[ amplitud: pierwszej (a) oraz wy|szych harmonicznych prdu (b) od momentu ob- ci|enia badanego silnika. [3]. Lee J., Kim D., Park I.:Minimization of higher 4. Podsumowanie back-EMF harmonics in permanent magnet motor Wykonane obliczenia pozwalaj stwierdzi, |e using shape design sensitivity with B-spline para- w badanej maszynie typu LSPMSM wystpuj meterization. IEEE Transactions on Magnetics, v 39, znacznie wiksze odksztaBcenia pola magne- n 3 I, May, 2003, p 1269-1272 tycznego oraz prdu twornika ni| w analogicz- [4]. Libert F., Soulard J., Engstrom J.:Design of nej maszynie indukcyjnej. Zmienna przewod- a 4-pole line start permanent magnet synchronous motor. ICEM 2002 proceedings. Brugge, Belgium no[ magnetyczna wzdBu| obwodu wirnika od- Aug. 25-28 2002, paper no. 153 powiada za generowanie wy|szych harmonicz- [5]. Zawilak T., Antal L.: Pulsacje momentu elektro- nych w stanie obci|enia. magnetycznego w silnikach synchronicznych z ma- Optymalizacja konstrukcji magnetowodu dla gnesami trwaBymi i rozruchem bezpo[rednim. Proce- stanu jaBowego  jak proponuje si w literaturze edings of XLI International Symposium on Electrical  jest niewystarczajca. Konieczne jest Machines SME 2005, 14 - 17 June 2005, JarnoBt- uwzgldnienie odksztaBcenia obwodowego roz- wek, s.149-156 kBadu indukcji oraz prdu twornika. Autorzy 7. Literatura mgr in|. Tomasz Zawilak [1]. Gillon F., Brochet P.:Shape optimization of a dr hab. in|. Ludwik Antal permanent magnet motor using the experimental de- dr hab. in|. Jan Zawilak, prof. PWr sign method. IEEE Transactions on Magnetics, v 35, Politechnika WrocBawska n 3 pt 1, May, 1999, p 1278-12 Inst. Maszyn, Napdw i Pomiarw Elektr. [2]. Kurihara K., Wakui G., Kubota T.: Steady-state Wybrze|e WyspiaDskiego 27 performance analysis of permanent magnet syn- 50-370 WrocBaw chronous motors including space harmonics IEEE tomasz.zawilak@pwr.wroc.pl Transactions on Magnetics, v 30, n 3, May, 1994, ludwik.antal@pwr.wroc.pl p 1306-1315 jan.zawilak@pwr.wroc.pl prd [A] prd [A]

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zasady doboru silników krokowych do obciążenia
FUNKCJA CHŁODZENIE SILNIKA (FRIC) (ZESPOLONE Z KALKULATOREM
Biedrzyński D , Pojęcie harmonii w filozofii Empedoklesa
Kontrola momentu obciążenia
Wykład Tłokowe silniki spalinowe
silnik pradu stalego teoria(1)
budowa i działanie układów rozrządu silników spalinowych
Harmonogram na lata 07 2011
Kontroler silnika krokowego na porcie LPT2
montaż silnika
Silnik elektryczny
Obciążęnia podatkowe i ubezpieczeniowe referat
regulator obrotów silnika AC
CHARAKTARYSTYKI PRACY SILNIKA
DANE TECHNICZNE ZAWIESZENIE ZESPOŁU NAPĘDOWEGO (SILNIK EW10D)

więcej podobnych podstron