8960329748

Politechnika Opolska

1.1. Uwagi wstępne

Szybki postęp technologiczny w ostatnich dekadach XX wieku, to zarówno rozwój techniki wytwarzania półprzewodnikowych elementów mocy jak i gwałtowny wzrost zapotrzebowania na maszyny elektryczne o dużych gęstościach momentu i niewielkich kosztach budowy. Uwarunkowania ekonomiczne - finansowe i eksploatacyjne, stały się głównym motorem napędowym badań nad nowymi wysokosprawnymi przetwornikami elektromechanicznymi, budowanymi na bazie silników reluktancyjnych przełączalnych (ang. Switched Reluktance Motor - SRM). Silniki tego typu posiadają szereg zalet, charakteryzują się prostą budową a co za tym idzie wysoką niezawodnością pracy, szerokim zakresem regulacji prędkości obrotowej oraz wysoką sprawnością. Posiadają również wady, z których najważniejszą jest wysoki poziom pulsacji momentu elektromagnetycznego, pociągający za sobą dodatkowe drgania oraz hałas. Względy te przyczyniły się do intensyfikacji badań nad nowymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi tych maszyn o poprawionych właściwościach ruchowych i ekonomiczno-eksploatacyjnych.

Możliwość zastosowania tego typu maszyn w przemyśle a szczególnie gałęziach automatyki i robotyki oraz jako napędy pojazdów uwarunkowana jest wymienionymi wyżej zaletami i wadami. Jednym ze sposobów ograniczenia pulsacji momentu jest odpowiednie ukształtowanie magnetowodu stojana i wirnika. Znaczący wpływ na poziom pulsacji ma również wybór odpowiedniego algorytmu sterowania. Konstrukcyjne metody ograniczenia pulsacji momentu elektromagnetycznego wpływają jednak na maksymalne osiągi maszyny. Zastosowanie odpowiednich metod sterowania umożliwia zarówno minimalizację pulsacji jak i dostosowanie pracy silnika do innych kryteriów takich jak praca z maksymalną sprawnością czy maksymalnym momentem [9]. Zagadnieniom tym poświęca się wiele miejsca na konferencjach zarówno w kraju (SME, MiS) jak i zagranicą (ICEM).

Istotnym aspektem wpływającym na rozwój konstrukcji maszyn elektrycznych, a w tym również silników SRM, jest również postęp w dziedzinie materiałowej oraz w dziedzinie techniki mikroprocesorowej. Dostępność oprogramowania do modelowania zagadnień polowych pozwala na projektowanie maszyn dla konkretnych zastosowań, wyposażonych w szereg cech istotnych dla pracy w zadanych warunkach. Budowa prototypu wraz z układem zasilania i sterowania pozwala na pomiarową weryfikację modeli oraz dobór odpowiednich parametrów sterujących. Karty wyposażone w procesory DSP (ang. Digital Signal Procesor) ułatwiają implementację różnych algorytmów sterowania a tym samym dostosowanie pracy silnika do określonych wymogów [9].

Dynamiczny rozwój badań nad poprawą parametrów silników SRM w połączeniu z coraz doskonalszymi metodami projektowania i optymalizacji znacząco poszerzył rodzinę silników przełączalnych. Powstało wiele rozwiązań silników przełączalnych szeroko opisanych w literaturze [64, 84]. Wraz z rozwojem technologii wytwarzania materiałów magnetycznych twardych powstały nowe odmiany silników reluktancyjnych z magnesami trwałymi. Współczesne magnesy trwałe, wytwarzane na bazie stopów pierwiastków ziem rzadkich, takie jak: Sm-Co, Nd-Fe-B, charakteryzują się dużymi wartościami indukcji remanentu oraz gęstości energii [16, 34, 98]. Rozwój technologii umożliwił również zastosowanie w maszynach elektrycznych magnesów trwałych o zmiennym wektorze magnetyzacji [5].

Jedną z ciekawszych konstrukcji silników reluktancyjnych jest maszyna ze strumieniem poprzecznym (ang. Transverse FIux Motor - TFM). Struktura tego typu maszyny w zasadniczy sposób różni się od konwencjonalnych maszyn. W literaturze [59, 92,93, 100 111, 115] napotkać można wiele odmian silników reluktancyjnych ze strumieniem poprzecznym różniących się liczbą pasm, rodzajem materiałów zastosowanych w konstrukcji (np.: zastosowanie magnesów trwałych), umiejscowieniem wirnika (wirnik zewnętrzny lub wewnętrzny) itp. Na rysunku 1.1 przedstawiono przykładowe konstrukcje klasycznych i liniowych silników TFM .

7