Reluktančný synchrónny motor (RSM, SynRM )

Reluktančný synchrónny motor(RSM, SynRM)

Reálny SynRM: pôvodný rotor (vľavo), stator (v strede), nový rotor (vpravo).

Niečo na úvod o RSMRSM je trojfázový elektrický motor s magneticky anizotropnou rotorovou štruktúrou, čo v praxi znamená, že rotor má v jednotlivých osiach rozdielnu magnetickú vodivosť, čím sa vytvárajú na rotore póly. Dobrá magnetická vodivosť znamená vysokú indukčnosť (d) a naopak zlá magnetická vodivosť znamená malú indukčnosť (q).

RSM je elektrický stroj s vyjadrenými pólmi na rotore, ale v porovnaní s klasickým synchrónnym motorom nemá na rotore budenie.

Na premenu elektrickej energie na mechanickú využíva princíp reluktančného momentu, ktorý je úmerný rozdielu synchrónnych indukčností v d- a q- osi.

V ustálenom stave sa točí synchrónnymi otáčkami, ktoré sú dané frekvenciou napájacej siete (frekvenciou meniča) a počtom pólových dvojíc:

V porovnaní s ASM dosahuje horšie hodnoty účinníka, ale vďaka moderným konštrukciám rotora a zvládnutiu vektorového riadenia sa tento rozdiel zmazáva.

Ilustračný obr. rotora RSM s bariérami

Konštrukcia RSMStator- rovnaký ako ASM alebo SM, dutý valec,

skladaný z plechov, drážkovaný po vnútornom obvode, v drážkach je uložené rozložené trojfázové vinutie napájané trojfázovou sústavou súmerných napätí. Stator RSM nemá vyjadrené póly

Rotor- má vyjadrené póly- má rozdielnu reluktanciu v osi d a q, skladaný z plechov, nemá budenie

Podľa spôsobu skladania (vrstvenia) rotorových plechov delíme RSM na:Radiálne vrstvené – plech je položený v smere rádiusu a plechy sú uložené za sebou v smere osi (ako pri ASM). V prípade radiálnej konštrukcie rozlišujeme klietkové a bezklietkové.Axiálne vrstvené - plech je položený v smere osi a plechy sú na seba naukladané v smere rádiusu.

Možné konštrukčné riešenia rotora RSM

Podľa spôsobu skladania plechov (vrstvenia) môžu byt RSM:a) radiálne vrstvené (a,b,c,d,e)b) axiálne vrstvené (f)

Podľa toho, či je na rotore klietka:a) klietkové (a,b,c)b) bezklietkové (d,e,f)

Tu vyšetrované rotory RSM

Zdroj: HRABOVCOVÁ, V., JANOUŠEK, L., RAFAJDUS, P., LIČKO, M.: Moderné elektrické stroje, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001

Priečny rez rotora:a) pôvodného ASMb) RSM vyrobeného z a)

(pozri titulnú stranu rotor vľavo)

c) axiálne vrstveného (pozri titulnú stranu rotor vpravo)

d) viacbarierového RSMe) jednobarierového (tu

vyšetrovaného motora)

b) c)

d) e)

a)

Princíp tvorby reluktančného momentu

Reluktancia - magnetický odpor v uzavretom magnetickom obvode

Zdroj: MOGHADDAM, R.R.: Synchronous reluctance machine (SynRM) in variable speed drives (VSD) applications, thesis, Stockholm, 2011

Vyvíjaný reluktančný moment

Charakteristika M = f (ϑL) RSM, Rs=0

Rovnica pre reluktančný moment RSM:


L

LL

Rozbeh s klietkovým rotoromAk má rotor RSM rozbehovú klietku, po pripojení na sieť sa rozbieha ako ASM a v oblasti synchrónnych otáčok vpadne do synchronizmu

Charakteristika M = f (s) RSM (bez zohľadnenia rotorovej asymetrie)

Maximálny moment RSM (ak Rs=0):

Maximálny moment ASM (ak Rs =0):


Skok RSM do synchronizmuV blízkosti synchrónych otáčok pôsobia na rotor nasledovné momenty:

• Záťažový moment Mzt• Asynchrónny urýchľujúci moment Ma, v blízkosti synchrónnych otáčok ho

považujeme za lineárny• Synchrónny moment • Dynamický moment

Podrobnejšie na: HRABOVCOVÁ, V., JANOUŠEK, L., RAFAJDUS, P., LIČKO, M.: Moderné elektrické stroje, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001

Úspešná synchronizácia závisí od :•Momentu záťaže Mzt

•Momentu zotrvačnosti J•Počtu pólov p•Maximálneho momentu RSM Mmax

•Frekvencie siete

L

Asynchrónny moment v oblasti polovičných synchrónnych otáčok

V dôsledku rotorovej asymetrie vykazuje točivý moment RSM počas asynchrónneho rozbehu v oblasti polovičných synchrónnych otáčok určitú anomáliu. Pod polovičnými synchrónnymi otáčkami sa vyskytuje prírastok momentu a nad polovičnými synchrónnymi otáčkami náhly úbytok momentu.

Veľkosť úbytku momentu nad polovičnými synchrónnymi otáčkami závisí od veľkosti rotorovej asymetrie. V prípade veľkej záťaže sa motor nemusí rozbehnúť na synchrónne otáčky a ostane visieť na polovičných otáčkach. V prípade malej rotorovej asymetrie je tento jav zanedbateľný.

Podrobnejšie na: HRABOVCOVÁ, V., JANOUŠEK, L., RAFAJDUS, P., LIČKO, M.: Moderné elektrické stroje, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001

Náhradná schéma RSM s rozbehovou klietkou nakrátko

Náhradná schéma RSM s rozbehovou klietkou nakrátko v pozdĺžnom (d) a priečnom (q) smere

Definuje sa sklz ako v asynchrónnom motore. V ustálenom stave sklz s=0, rotorová klietka sa neuplatní.

Náhradná schéma RSM bez rozbehovej klietky nakrátko

RSM bez rozbehovej klietky je potrebné rozbiehať pomocou iného pohonného stroja, alebo frekvenčne pomocou frekvenčného meniča.

Matematický model bezklietkového RSM

Napäťové rovnice statora:

Rovnice spriahnutých magnetických tokov statora:

Rovnica pre moment RSM:

Mechanická rovnica:

Matematický model klietkového RSM

Napäťové rovnice statora:

Rovnice spriahnutých magnetických tokov statora:

Rovnica pre moment RSM:

Mechanická rovnica:

Napäťové rovnice rotora:

Rovnice spriahnutých magnetických tokov rotora:

Fázorový diagram RSM v ustálenom stave

Rs = 0 S uvažovaním Rs


ϑL – uhol medzi vektorom statorového napätia Us a osou q (záťažový uhol)φ – fázový posun medzi US a ISβ – uhol medzi fázorom statorového prúdu IS a osou d

Vplyv Rs na veľkosť a priebeh momentu

Charakteristika M= f (ϑL) s uvažovaním RsRs možno zanedbať iba pri “veľkých” RSM


LL

Porovnanie vlastností RSM s radiálne a axiálne vrstveným rotorom – meranie naprázdno

Stav naprázdno :Parameter Radiálne vrstvený

rotor a)Axiálne vrstvený rotor

b)Menovité Napätie U0N 380 V zdr 380V zdr Prúd naprázdno I0N 1,84 A 1,46A

Straty naprázdno ΔP0N 126,9 W 178,8W účinník naprázdno cos

φ0N

0,139 0,200

Mechanické straty Pmech 12 W 15WSynchrónna indukčnosť

v osi d Ld z merania naprázdno

359,7mH 465,5 mH

Štítkové údaje meraného motora:400W Y/D 220/380V 3,5/2,0A nN = 1500ot/min f=50Hz IP54

Zdroj: HRABOVCOVÁ, V., LIČKO, M.: Reluktančný synchrónny motor, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001

pozri titulnú stranu: a) rotor vľavob) rotor vpravo

a) b)

Porovnanie vlastností RSM s radiálne a axiálne vrstveným rotorom – zaťaženie

Štítkové údaje meraného motora:400W Y/D 220/380V 3,5/2,0A nN = 1500ot/min f=50Hz IP54

Pôvodný radiálne vrstvený rotor Nový axiálne vrstvený rotorStatorový prúd Ifs [A] 2,0 2,0 1,5

Výkon [kW] 0,39267 0,70628 (nárast o 80 %) 0,3925Účinník cos ϕ [-] 0,4393 0,7186 (nárast o 63,57 %) 0,585 (nárast o 13,3 %)Účinnosť η [%] 66,77 73,48 (nárast o 10 %) 67,2 (nárast o 0,6 %)

Zdroj: HRABOVCOVÁ, V., LIČKO, M.: Reluktančný synchrónny motor, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001

Pri zaťažení sa porovnávajú : 1. Hodnoty výkonu pri menovitom prúde (2 A)2. Hodnoty prúdu pre dosiahnutie menovitého výkonu (400 W)

Pre dosiahnutie menovitého výkonu (400 W) potrebuje axiálne vrstvený RSM podstatne menší prúd (1,5 A), čo je dobrá správa pre menič, napájaciu sieť aj pre samotný motor.

Porovnanie vlastností RSM s radiálne a axiálne vrstveným rotorom – zaťažovacie charakteristiky

0 1 2 3 4 5 60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

cos fi, rad.

cos fi ax.

ucinnost rad.

ucinnost ax.

Moment [N.m]

Radiálne vrstvený rotor Axiálne vrstvený rotorM[Nm] I[A] cos φ [-] Pout[W] ucinnost[] I[A] cos φ [-] Pout[W] ucinnost[]

0,1 1,43 0,207 15,7 0,0800,5 1,84 0,1915 78,5 0,32 1,437 0,27 78,5 0,306

0,75 1,438 0,299 117,8 0,4141 1,84 0,2584 157,1 0,5 1,449 0,344 157,1 0,476

1,25 1,458 0,367 196,3 0,5531,5 1,87 0,3238 246 0,6 1,48 0,418 235,6 0,575

1,75 1,5 0,458 274,9 0,6042 1,927 0,38 321,9 0,666 1,52 0,488 314,1 0,637

2,25 1,56 0,524 353,4 0,6512,5 2,04 0,4379 392,6 0,667 1,59 0,552 392,7 0,674

2,75 1,63 0,583 431,9 0,6853 2,17 0,4817 471,2 0,68 1,68 0,61 471,2 0,696

3,5 Vypadol zo synchronizmu 1,77 0,66 549,7 0,7204 1,9 0,686 628,3 0,727

4,5 2,02 0,712 706,8 0,7415 2,14 0,729 785,3 0,760

Kvalitatívne ukazovatele RSMMaximálny reluktančný moment:

Maximálny účinník :

Dynamika momentu:

•Veľkosť elektromagnetického momentu RSM závisí od rozdielu synchrónnych indukčností (Ld – Lq)

•Maximálny účinník je priamo úmerný podielu synchrónnych indukčností (Ld/Lq)

•Dynamika elektromagnetického momentu stroja úzko súvisí s hodnotou synchrónnej indukčnosti Lq (pri vhodnom type riadenia)

Pomocou axiálnej konštrukcie rotora RSM sa dá dosiahnuť väčší pomer synchrónnych indukčností Ld/Lq, teda sú schopné vyvinúť väčší moment a dosahujú lepší účinník v porovnaní s radiálnym typom rotora RSM, ale problémom je absencia rozbehovej klietky.

RSM s PM – konštrukčné usporiadanie

PM tvoria bariéry , μPM = μ0

Potrebný menší magnetizačný prúd zo siete, lepší účinníkRozbeh podľa toho či má alebo nemá klietku

Zdroj: MOGHADDAM, R.R.: Synchronous reluctance machine (SynRM) in variable speed drives (VSD) applications, thesis, Stockholm, 2011

Vyšetrovanie parametrov RSM (prvkov náhradnej schémy)

Náhradná schéma RSM s rozbehovou klietkou nakrátko v pozdĺžnom (d) a priečnom (q) smere

a) Meranímb) Analytickým výpočtomc) MKP

Vyšetrovanie parametrov RSM meranímOdpor statora Rs – Voltampérová metóda

Rozptylová indukčnosť statora Lσs:

Meriame U, I a P

ZDROJ: HRABOVCOVÁ, V., RAFAJDUS, P., FRANKO, M., HUDÁK, P.: Meranie a modelovanie elektrických strojov

Vyšetrovanie parametrov RSM meranímParametre rozbehovej klietky Rrd´,Rrq´, Lσrd´, Lσrq´

Meriame U, I a P. Točíme rotorom.

ZDROJ: HRABOVCOVÁ, V., RAFAJDUS, P., FRANKO, M., HUDÁK, P.: Meranie a modelovanie elektrických strojov

I

Vyšetrovanie parametrov RSM meranímSynchrónne indukčnosti Ld a Lq sa dajú odmerať 4 metódami. Magnetizačné indukčností sa nedajú odmerať. Dajú sa dopočítať.

1. Ld - vypočítať z merania naprázdno.

Lq sa dá určiť na základe fázorového diagramu pri zaťažení.

Je potrebné merať záťažový uhol ϑLZDROJ: HRABOVCOVÁ, V., RAFAJDUS, P., FRANKO, M., HUDÁK, P.: Meranie a modelovanie elektrických strojov

Vyšetrovanie parametrov RSM meraním

Meriame U, I, P a indukované napätie U21. Točíme rotorom.

2. Natáčaním rotora, podobne ako pri meraní parametrov rozbehovej klietky.

Vlastná indukčnosť:

Vzájomná indukčnosť :

I1


Xq získame analogicky ako Xd, len rotor treba potočiť o uhol 360/4p.

3. Doznievaním jednosmerného prúdu


Rotor je poháňaný mierne nad alebo pod synchrónnou rýchlosťou. Osciloskopom meriame prúd statora.

4. Sklzová metóda

Ak Xd poznáme z merania naprázdno potom:

Vyšetrovanie parametrov RSM výpočtom

Odpor statora Rs:

Odpor rotora Rrd´, Rrq´ :

Rovnako ako odpor statora

Rr = Rty + Rčkn

ρϑ - merný odpor materiálu pri teplote ϑlw - celková dĺžka vodiča vinutia

Sw - prierez vodiča vinutia

kR - činiteľ povrchového javu pre odpor

Rčkn – odpor časti kruhu nakrátko


Rozptylové indukčnosti:

λ - je činiteľ magnetickej vodivosti, ktorý sa skladá z troch častí

λd - je činiteľ drážkovej magnetickej vodivosti

λcc - je činiteľ magnetickej vodivosti čiel vinutia

λdif - je činiteľ magnetickej vodivosti diferenčného rozptylu

Pred samotným výpočtom je potrebné zistiť alebo odmerať všetky dôležité geometrické rozmery skúmaného motora. Niektoré informácie je možné získať z technickej dokumentácie motora, alebo ak nie je k dispozícii, je potrebné motor rozobrať a potrebné parametre odmerať.


Magnetizačná indukčnosť v osi d:

Magnetizačná indukčnosť v osi q:

• Ds – vŕtanie statora, LFes – dĺžka statorového zväzku•N – počet závitov jednej fázy statorového vinutia•Kv1 – koeficient vinutia základnej (prvej) harmonickej•δ´ - veľkosť vzduchovej medzery, je iná v osi d a v osi q (pozri vzťahy vyššie), zohľadňuje aj Carterov činiteľ.

Určenie magnetizačných indukčností pomocou MKP

1. Vytvoriť model v MKP2. Nastaviť správny

magnetizačný prúd3. Natočiť rotor do osi d 4. Spustiť simuláciu


5. Získať základnú (prvú) harmonickú magnetickej indukcie vo vzduchovej medzere

Tento priebeh je pre prípad natočenia rotora v osi q


6. Dosadiť hodnotu amplitúdy základnej (prvej) harmonickej magnetickej indukcie vo vzduchovej medzere do vzťahu pre magnetický tok

7. Získať hodnotu indukovaného napätia ...

8. Natočiť rotor do osi q a postup opakovať

Jednoduché porovnanie RSM a ASM

Zdroj : katalóg RSM firmy ABB

ASM RSM

Jednoduché porovnanie RSM a ASM

Zdroj : katalóg RSM firmy ABB

Diplomová práca

Téma: Optimalizácia konštrukcie RSMÚlohy: • Analýza daného RSM a) meraním, b) analytickým výpočtom, c) MKP• Optimalizácia konštrukcie rotora z hľadiska

počtu a tvaru bariér• Porovnanie RSM s pôvodným a

optimalizovaným rotorom

Analýza daného RSMMEZ CZECH REPUBLIC

ISOL. F 3~MOT 4AP 90L-4

IP54 IM1081

1,5 kW 50Hz

cos φ 0,82 1410/min

Δ/Y 230/400 V 6,0/3,4 A

Analýza daného RSM - meraním

• Meranie odporu statora (voltamérová metóda)•Meranie naprázdno (Ld, straty naprázdno, mechanické straty ...)•Meranie rozptylovej indukčnosti statora pomocou metódy netočivej reaktancie•Meranie parametrov rozbehovej klietky (natáčaním rotora)•Meranie synchrónnych indukčností Ld a Lq (natáčaním rotora)

Analýza daného RSM - výpočtomPre samotným výpočtom je potrebné zistiť alebo odmerať všetky dôležité geometrické rozmery skúmaného motora. Niektoré informácie je možné získať z technickej dokumentácie motora, alebo ak nie je k dispozícii, je potrebné motor rozobrať a potrebné parametre odmerať.

Aktívna dĺžka statorového zväzku lFes 98mm

Priemer vŕtania statora ds 84mm

Vonkajší priemer statora dse 131mm

Počet drážok statora QS 36

Počet drážok na pól a fázu 3

Pólový rozstup 65,97mm

Krok vinutia YS 9

Počet vodičov v drážke zQ 47

Počet závitov jednej fázy NS 282

Materiál vodičov statorového vinutia Cu

Priemer jedného vodiča statorového vinutia dvS 0,75mm

Počet drážok statora na pól 9

Koeficient kroku statorového vinutia pre 1. Harmonickú 1

Koeficient rozloženia statorového vinutia pre 1. Harmonickú

0,9597

Koeficient statorového vinutia pre 1. Harmonickú 0,9597

Analýza daného RSM - MKPPomocou 2D Femm sa dajú vyšetrovať magnetizačné indukčnosti Lμd a Lμq

Postup pre získanie magnetizačných indukčností:1. Vytvoriť 2D model2. Nadefinovať vlastnosti materiálov3. Zarovňať rotor s magnetickým tokom

statora4. Priebeh indukcie vo vzduchovej

medzere5. Získať 1. harmonickú indukcie vo

vzduchovej medzere6. Výpočet Lμd

7. Ten istý postup pre os q

Analýza daného RSM - zhrnutieParameter Metóda

Meranie Výpočet MKP

Odpor statora Rs

pri 20°C

5,34 Ω 5,2 Ω 5,0 Ω

Rozptylová indukčnosť statora Lσs

24,1 mH metóda netoč. reaktancie 18,2 mH

-

Magnetizačná indukčnosť v osi d Lμd

Rozdiel Ld a Lσs

174,3 mH 174 mH 181,1 mH

Magnetizačná indukčnosť v osi q Lμq

Rozdiel Lq a Lσs

47,2 mH 40,8 mH 50 mH

Synchrónna indukčnosť v osi d Ld

175,5 mH z natáčania

198,4mH z merania naprázdno

192,2 mH

205,2 mH

Lσs z merania

Synchrónna indukčnosť v osi q Lq

71,3 mH z natáčania

59 mH 74,1 mH

Lσs z merania

Pomer Ld/Lq 2,78 3,26 2,77

Analýza daného RSM - zhrnutieOdpor rotora v osi

d prepočítaný na stranu statora RrD´

4,3 Ω pri 75°C

4,74 Ω pri 20 °C

5,76 Ω pri 75 °C

-

Odpor rotora v osi q prepočítaný na

stranu statora RrQ´ 1,8 Ω pri 75 °C

1,16 Ω pri 20 °C

1,41 Ω pri 75 °C

-

Rozptylová indukčnosť rotora

v osi d prepočítaná na stranu statora LσD´

48,1 mH

Z natáčania

43,9 mH

-

Rozptylová indukčnosť rotora

v osi q prepočítaná na stranu statora LσQ´

1,9 mH

Z natáčania

1,7 mH

-

MKP sa javí ako veľmi presná metóda na určenie synchrónnych a magnetizačných indukčností RSM. Dokáže veľmi presne analyzovať magnetický obvod stroja. Preto pre optimalizáciu používam MKP s vedomím, že sa nedopúšťam veľkej chyby. V jej prospech hrá aj fakt, že pomocou ďalších aplikácii ako Matlab alebo LUA script sa dá výpočet zautomatizovať.

RSM a jeho kvalitatívne parametre•Veľkosť maximálneho elektromagnetického momentu RSM závisí od rozdielu synchrónnych indukčností (Ld – Lq), pri danom statorovom toku

•Maximálny účinník je priamo úmerný podielu synchrónnych indukčností (Ld/Lq)

•Dynamika elektromagnetického momentu stroja úzko súvisí hodnotou synchrónnej indukčnosti Lq (pri vhodnom type riadenia)

Ciele optimalizácieVo svojej práci sa snažím zistiť a dosiahnuť:

•Vplyv počtu bariér na synchrónne indukčnosti Ld a Lq

Vplyv počtu bariér na pomer Ld/Lq

•Vplyv počtu bariér na rozdiel Ld – Lq

•Vplyv tvaru bariér na synchrónne indukčnosti Ld a Lq

•Vplyv tvaru bariér na pomer Ld/Lq

•Vplyv tvaru bariér na rozdiel Ld – Lq

•Vytvoriť návrh konštrukcie rotora, ktorý bude mať lepšie vlastnosti ako má pôvodný RSM

•Snažiť sa o to, aby nový návrh konštrukcie rotora bolo možné bez problémov vyrobiť.

Postup optimalizácieNa vyšetrovanie vplyvu počtu bariér som si vytvoril 2 modely1. Model vychádza z konštrukcie ASM

Postup optimalizácie2. Model vychádza z tvaru magnetických siločiar, ktoré sa uzatvárajú cez rotor, ktorý v sebe nemá žiadne bariéry ani rozbehovú klietku. (solid rotor)

5 BARIÉR

3 BARIÉRY

1 BARIÉRA

Vplyv počtu bariér

0 1 2 3 4 5 6 70

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

1.model Ld1.model Lq2.model Ld2.model Lq

Počet bariér

Ld,L

q [H

]

0 1 2 3 4 5 6 70

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1.model2.model

Počet bariér

Pom

er L

d/Lq

Vplyv tvaru bariér

lb - je súčet hrúbok všetkých bariér, alebo aj veľkosť vzduchovej medzery v osi q,

lb = lb1 + lb2 + lb3 + lb4 + lb5

lpl - je polomer rotorového plechu, zmenšený o polomer hriadeľa lpl = r pl – r hr

Vplyv tvaru bariérkFe = 0,293

kFe = 0,21

kFe = 0,583 kFe = 0,462

kFe = 0,703 kFe = 0,684

Vplyv tvaru bariér

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

1.model Ld

1.model Lq

2.model Lq

2.model Ld

KFe

Ld, L

q [H

]

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1. model2.model

KFe

Pom

er L

d/Lq

Záver optimalizácie•Najoptimalnejší počet bariér pre dosiahnutie najväčšieho pomeru Ld/Lq a najväčšieho rozdielu Ld - Lq je 5.

•Pre dosiahnutie čo najväčšieho pomeru Ld/Lq je potrebné voliť hodnotu koeficientu kFe medzi 0,5 a 0,6.

•Pre dosiahnutie čo najväčšieho rozdielu Ld - Lq je potrebné voliť hodnotu koeficientu kFe medzi 0,4 a 0,5.

•Pomocou druhého modelu je možné získať vyššie hodnoty pomeru a rozdielu synchrónnych indukčností. Preto budem ďalej pracovať s týmto modelom a jemnými úpravami v tvare a hrúbke bariér sa budem snažiť o čo najlepšie výsledky.

Záver optimalizácie

Pôvodný Optimalizovaný

Meranie zaťazovacích charakteristík na pôvodnom RSM (účinník a účinnosť)

Meranie

Simulácia zaťazovacích charakteristík na pôvodnom RSM (účinník a účinnosť)

Simulácia

Straty v železe nie sú v simulácii brané do úvahy.

Meranie zaťazovacích charakteristík na pôvodnom RSM (výkon a prúd statora)

Meranie

Simulácia zaťazovacích charakteristík na pôvodnom RSM (výkon a prúd statora)

SimuláciaStraty v železe nie sú v simulácii brané do úvahy.

Porovnanie pôvodného RSM s optimalizovaným




Kritérium Parameter RSM s pôvodným rotorom

RSM s novým rotorom

Maximálny moment

Mmax 11,5 Nm 15Nm

cos φM 0,46 0,54

ηM 0,72 0,72

IMef 5,8 A 6,5 A

ϑM 21 ° 20 °

PM 1,8 kW 2,36 kW

Menovité zaťaženie

MN 9,55 Nm 9,55 Nm

cos φN 0,45 0,48

ηN 0,74 0,77

IN 4,9 A 4,6 A

ϑN 15 ° 10 °

PN 1,5 kW 1,5 kW


Kritérium Parameter RSM s pôvodným rotorom


Maximálny účinník

Mcos 11,1 Nm 14,2 Nm

cos φmax 0,47 0,55

ηcos 0,73 0,73

Icosef 5,6 A 5,8A

ϑcos 20 ° 18 °

Pcos 1,74 kW 2,22 kW

Maximálna účinnosť

Mη 8,6 Nm 10,4 Nm

cos φη 0,43 0,52

ηmax 0,75 0,78

Iηef 4,6 A 4,8 Aϑη 14 ° 12 °

Pη 1,35 kW 1,63 kW


Parameter RSM s pôvodným rotorom


Odpor statora Rs pri 20°C 5,34 Ω 5,34 Ω

Rozptylová indukčnosť statora Lσs

24,1 mH 24,1 mH

Magnetizačná indukčnosť v osi d Lμd

181,1 mH 174,5 mH

Magnetizačná indukčnosť v osi q Lμq

50 mH 32,8 mH

Synchrónna indukčnosť v osi d Ld

205,2 mH 198,6 mH

Synchrónna indukčnosť v osi q Lq

74,1 mH 56,9 mH


Parameter RSM s pôvodným rotorom


Odpor rotora v osi d prepočítaný na stranu statora RrD´ 4,3 Ω 1,16 Ω

Odpor rotora v osi q prepočítaný na stranu statora RrQ´ 1,8Ω 0,94 Ω

Rozptylová indukčnosť rotora v osi d prepočítaná na stranu statora

LσD´ 48,1 mH

Rozptylová indukčnosť rotora v osi q prepočítaná na stranu statora

LσQ´1,9 mH

Pomer Ld/Lq 2,77 3,49

Rozdiel Ld – Lq 131,1 mH 141,7 mH

Časová konštanta τq=Lq/Rs pre

prípad riadeného RSM

13,9 ms 10,7 ms

História RSMP

[kW]Počet

pólovLd/Lq Typ rotora η[%] cos φ[-] Referencia

RSM ASM RSM ASM

0,12 4 9,09 Axiálne vrst 66 62,6 0,86 0,697 Staton 1993

11 4 11,19 Axiálne vrst 89,55 88,2 0,855 0,867 Staton 1993

11 4 10,86 Barierový 89,63 88,2 0,85 0,867 Staton 1993

6 4 11,56 Axiálne vrst 88,25 88,88 0,856 0,688 Staton 1993

6 4 11,16 Barierový 88 88,8 0,853 0,688 Staton 1993

0,65 4 9,5 Axiálne vrst 77,3 74,1 Fletcher 1995

4 4 8,8 Barierový 87,1 83,4 0,81 0,81 Gertmar 1995

1,5 4 7,5 Axiálne vrst 71,2 75 0,63 0,78 Hippner 1996

7,5 4 12,5 Axiálne vrst 81,6 87,3 0,937 0,84 Chalmers 1998

0,2 4 7,5 Barierový 73,3 70,9 Kiriyama 1998

5,5 4 Barierový 89,6 85,0 0,68 0,83 Kamper 1998

37 4 Barierový 92,4 92,1 0,76 0,82 Kamper 1998

1,1 4 3,47 Barierový 0,616 0,788 Hanguang

0,36 4 4,2 Barierový 58 65 0,79 0,80 Nakatsugawa

30 4 Barierový 92,7 92,0 0,72 0,88 Haataja 2003

1,5 4 Axiálne vrst 82,8 84,3 0,83 ABB 2013

18,5 4 Axiálne vrst 91,2 91,9 0,84 ABB 2013

Zoznam literatúry•HRABOVCOVÁ, V., RAFAJDUS, P., FRANKO, M., HUDÁK, P.: Meranie a modelovanie elektrických strojov, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2009, druhé vydanie, ISBN 978-80-8070-924-2

•HRABOVCOVÁ, V., RAFAJDUS, P.: Elektrické stroje – Teória a príklady. EDIS -vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2009, prvé vydanie, ISBN 978-80-554-0101-0

•HRABOVCOVÁ, V., JANOUŠEK, L., RAFAJDUS, P., LIČKO, M.: Moderné elektrické stroje, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001, ISBN 80-7100-809-5

•HRABOVCOVÁ, V., LIČKO, M.: Reluktančný synchrónny motor, EDIS – vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2001, ISBN 80-7100-891-5

•KOPYLOV, I.P., a Kol.: Stavba elektrických strojov , SNTL Nakladatelství technické literatúry, Praha, 1988

•HUDÁK, P.: Vyšetrovanie vlastností a identifikácia parametrov reluktančného synchrónneho motora s radiálne vrstveným rotorom , Doktorandská dizertačná práca, Žilina, Apríl 2008

•MOGHADDAM, R.R.: Synchronous reluctance machine (SynRM) in variable speed drives (VSD) applications, thesis, Stockholm, 2011

•PYRHONEN, J., JOKINEN, T., HRABOVCOVÁ, V.: Design of rotating electrical machines, John Wiley & Sons, Ltd. ISBN: 978-0-470-69516-6, 2008

•VITTEK, J., DODDS, S.J.: Forced Dynamics Control of Electric Drives, EDIS - vydavateľstvo ŽU, Žilina, 2003, ISBN 80-8070-087-7

•Prednášky z predmetu Elektrické stroje, LS 2011

Ďakujem za pozornosť

Documents

Reluktančný synchrónny motor (RSM, SynRM )