8960329731

Politechnika Opolska

1.2. Stan zagadnienia

Silnik reluktancyjny ze strumieniem poprzecznym stosunkowo niedawno uzyskał swoje stałe miejsce w grupie maszyn elektrycznych. Jednak jego koncepcja była znana już w 1895 roku za sprawą wniosku patentowego W.M. Morday’a [50, 111]. Przez kolejne 100 lat nie prowadzono jednak badań nad tą klasą napędów ze względu na trudności związane ze sterowaniem tego typu maszyn. W latach siedemdziesiątych XX wieku pojawił się cykl publikacji profesora E.R. Laithwaite’a, dotyczących maszyn elektrycznych ze strumieniem poprzecznym (głównie silników liniowych) [66, 67]. Dodatkowym bodźcem wspomagającym rozwój badań nad silnikami TF był gwałtowny rozwój technologii wytwarzania półprzewodnikowych elementów mocy, które wyparły stosowane dotychczas mechaniczne układy komutacyjne. Badania prowadzone nad stosunkowo młodą i nową maszyną elektryczną były jednak bardzo utrudnione. Z powodu braku stosownych opisów matematycznych tego typu maszyn, budowano szereg bardzo kosztownych prototypów na podstawie których zdobywano doświadczenie oraz poprawiano istotne parametry tych silników. Dopiero koniec lat osiemdziesiątych XX wieku, doba dynamicznie rozwijającej się technologii komputerowej, pozwolił na zastosowanie znacznie bardziej efektywnego podejścia do problemu projektowania maszyn elektrycznych. Powstałe nowe programy do analizy pól elektromagnetycznych w połączeniu ze znacznym wzrostem mocy obliczeniowych, umożliwiły znacznie szersze i bardziej efektywne badania modelowe. Ważnym ośrodkiem badawczym, w którym za sprawą profesora H. Weh podjęto badania nad tego typu maszynami okazał się Uniwersytet Techniczny w Braunschweig. W pracach profesora H. Weh [114, 115, 116] ukazała się obszerna analiza pracy silników reluktancyjnych ze strumieniem poprzecznym. Rozwój układów mikroprocesorowych, charakteryzujących się dużymi mocami obliczeniowymi - procesorów sygnałowych (DSP -Digital Signal Processor), pozwolił na kompleksowe podejście do problemu sterowania silników TF. Karty szybkiego prototypowania z procesorami DSP umożliwiają realizację w sposób programowy adekwatnego do określonych wymogów algorytmu sterowania. Te uwarunkowania przełożyły się na istotny wzrost zainteresowania tego typu maszynami na przełomie XX i XXI wieku.

Przełączalne silniki reluktancyjne ze strumieniem poprzecznym - TFM, należą do grupy maszyn bezszczotkowych, których integralną częścią jest elektroniczny układ komutacyjny [39, 110]. Podstawową zaletą tego rodzaju rozwiązań jest duża wartość stosunku osiąganego momentu elektromagnetycznego do objętości [111, 112]. Ze względu na osiągane prędkości silniki te należy zaliczyć do grupy maszyn wolnoobrotowych. Główną wadą tych przetworników jest o wiele bardziej złożona konstrukcja w porównaniu z klasycznymi napędami SRM, co pociąga za sobą niższą wytrzymałość i niezawodność. Jedną z cech charakterystycznych silników TF jest konstrukcja magnetowodu (rys. 1.2) - w przeważającej części rozwiązań zastosowano jednakową liczbę par biegunów stojana i wirnika [45, 55].

Rys. 1.2. Topologia rozpływu strumienia głównego w silniku TF

9