Numer ćw.:	Nazwa wydziału:	Ocena:
5	Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej
Grupa stud. / grupa lab.
MiDUE	Nazwa przedmiotu:
Data wykonania ćw.:	Obwodowe modelowanie układów elektromagnetycznych
22.05.13	Temat ćw.:	Podpis:
Data oddania sprawozdania:	Wyznaczanie napięcia i momentu elektromagnetycznego w prądnicy synchronicznej z magnesami trwałymi
11.06.13
Skład zespołu
Szyndler Agnieszka Michał Kurek

1. Wstęp

Schemat zastępczy prądnicy :

Prądnica synchroniczna - urządzenie składające się ze stojana, który stanowi zewnętrzną, statyczną część maszyny. Na obwodzie stojana umieszczone są cewki, w których indukuje się napięcie przemienne, pod wpływem którego płynie prąd przemienny. Wytwarzany prąd może być jedno- lub wielofazowy (najczęściej trójfazowy) - zależy to od liczby uzwojeń.

Wewnątrz stojana znajduje się wirnik wykonany w postaci rdzenia magnetycznego, który stanowi dynamiczny element maszyny. Wirnik jest osadzony na wale, który w przypadku pracy prądnicowej połączony jest z urządzeniem napędzającym. Na wirniku umieszczona jest tzw. cewka wzbudzająca, przez którą płynie prąd stały doprowadzany z zewnętrznego źródła.

Badany model

Celem laboratorium było przeprowadzenie symulacji wykorzystując program MagNet.

W skład badanego modelu wchodzą:

- stojan

- wirnik

- magnes trwały

- cewka

Każdemu z powyższych elementów przypisaliśmy materiał z którego jest wykonany. Rdzeń stojana i wirnika to w naszym przypadku stal MU04, której przenikalność względna wynosi 1000. Cewka zbudowana jest z miedzi, zaś szczelina zdefiniowana została jako powietrze. Magnesom trwałym przypisano materiał NdFeB.

1. Przebieg laboratorium

• Obliczyć rozkład pola wytwarzanego przez magnesy przy zerowym prądzie w uzwojeniu.

Rozkład wytwarzanego pola:

Rozkład pola w szczelinie:

• Ustalić jaka zmiana orientacji magnesów spowoduje wytworzenie pola czterobiegunowego. Pole czterobiegunowe uzyskać można zmieniając orientację jednego z magnesów tak, aby była identyczna z drugim. W naszym przypadku należało ustawić radially inward w obu magnesach.

Rozkład wytwarzanego pola:

Rozkład pola w szczelinie:

• Dla modelu prądnicy o polu dwubiegunowym z rozwartym uzwojeniem wyznaczyć zależność strumienia skojarzonego i energii pola od pozycji wirnika co 15 stopni w zakresie 0 - 90 stopni.

Otrzymane wyniki:

Wartość kąta [°]	Strumień skojarzony [Wb]	Energia [J]
0	-0,812	-16,9
15	-0,748	-16,3
30	-0,627	-14,8
45	-0,495	-13,3
60	-0,356	-11,7
75	-0,204	-10,2
90	-0,0872	-9,06

Otrzymane wykresy:

• Zmienić materiały magnesów na powietrze, zadać prąd w uzwojeniu i obliczyć indukcyjność uzwojenia. Zbadać wpływ pozycji wirnika.

Otrzymane wyniki dla prądu w uzwojeniu równemu 10A:

Wartość kąta [°]	Strumień skojarzony [Wb]	Indukcyjność uzwojenia [mH]
0	0,224	22,4
15	0,224	22,4
30	0,224	22,4
45	0,223	22,3
60	0,223	22,3
75	0,223	22,3
90	0,224	22,4

Analiza FFT strumienia:

Analiza FFT energii:

Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonych symulacji widać, że wartość indukcyjności uzwojenia jest zależna od położenia wirnika jednak materiał z którego wykonane są magnesy musi być zdefiniowane jako NdFeB. Jeżeli zastąpimy magnesy trwałe powietrzem wówczas położenie wirnika nie ma wpływu na indukcyjność uzwojenia.