Streszczenia referatów seminarium "Możliwości zwiększenia

Streszczenia referatów seminarium "Możliwości zwiększenia efektywności i
niezawodności maszyn elektrycznych w świetle badań Laboratorium Maszyn
Elektrycznych KEiASPE AGH", 25.04.2014, Akademia Górniczo-Hutnicza im.
Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, budynek B-1, sala H24
SESJA 1
Dr hab. inż. Wiesław Jażdżyński, profesor AGH
Projektowanie zoptymalizowanych konstrukcji silników indukcyjnych
W referacie omówione będą najistotniejsze elementy opracowanej i stosowanej od
przeszło 20-tu lat metodyki projektowania zoptymalizowanych konstrukcji silników
indukcyjnych, a także wyniki zrealizowanych do tej pory prac aplikacyjnych, szczególnie w
zakresie konstrukcji energooszczędnych. Przedyskutowane zostaną najistotniejsze
postanowienia odpowiedniej dyrektywy Unii Europejskiej i obowiązujący harmonogram jej
wdrożenia. Przedstawione będą wykorzystywane w postępowaniu optymalizacyjnym techniki
i narzędzia badawcze. Zaprezentowane zostaną uzyskane wyniki, szczególnie w zakresie
konstrukcji energooszczędnych. W przypadku wykonanych prototypów maszyn, dla oceny
skuteczności zastosowanego postępowania przedstawione zostaną porównania wyników
pomiarów i obliczeń.
Dr inż. Paweł Dybowski, dr inż. Waldemar Milej
Obliczenia polowe zjawisk cieplnych w maszynie z magnesami trwałymi
Zmiany zachodzące w maszynach elektrycznych pod wpływem ciepła są na ogół
niekorzystne. W szczególności dotyczy to maszyn wzbudzanych magnesami trwałymi. Dla
wyższych temperatur pracy (100-1500C) magnesy ulegają procesowi odmagnesowania, w
wyniku którego następuje niekontrolowane odwzbudzenie maszyny. Problemem podczas
pracy maszyny elektrycznej może być również wydzielane ciepło, które może być przyczyną
wybuchu lub pożaru, szczególnie w środowiskach zapylonych lub zagrożonych wybuchem.
W celu poprawy własności cieplnych maszyny niezbędne jest opracowanie metod
ograniczania temperatury jej pracy. Większość badań związanych ze zjawiskami cieplnymi w
dziedzinie maszyn elektrycznych ogranicza się do obliczeń analitycznych, natomiast
weryfikacja ilości wydzielanego ciepła polega na pomiarze średniej temperatury uzwojenia
maszyny. Dla maszyn elektrycznych najczęściej wykonywane są obliczenia
elektromagnetyczne, w których zjawiska cieplne są zazwyczaj pomijane lub traktowane w
sposób bardzo uproszczony. Celem prac badawczych było zwiększenie dokładności modeli
projektowych maszyn elektrycznych.
Dr hab. inż. Wiesław Jażdżyński, profesor AGH
Projektowanie zoptymalizowanych konstrukcji silników synchronicznych z magnesami
trwałymi
Na wstępie przedstawiona zostanie sytuacja w zakresie aktualnych klas sprawności,
ich wymagań oraz, na przykładzie, możliwości ich spełnienia przez silniki indukcyjne.
Konsekwencją wynikającą z przedstawianych wniosków jest alternatywna konstrukcja –
silnika synchronicznego z magnesami trwałymi i klatką rozruchową. Omówione będą
najistotniejsze elementy opracowanej i zweryfikowanej, przy pomocy pomiarów na
prototypie, metodyki projektowania zoptymalizowanych konstrukcji takich silników. Zostaną
przedstawione najistotniejsze wyniki zakończonej w minionym roku ministerialnej pracy
badawczej nr NN510 108538 p.t. „Wielokryterialna optymalizacja konstrukcji
energooszczędnych wybranych maszyn elektrycznych w aspekcie nowych klas sprawności
IE1-IE4”
Dr inż. Paweł Dybowski
Przemysłowa diagnostyka maszyn indukcyjnych metodą AGH
Referat dotyczy diagnostyki określającej stan wirnika maszyny indukcyjnej w sposób
bezinwazyjny. Bazuje ona na łatwo dostępnych pomiarowo sygnałach, takich jak prądy oraz
napięcia stojana. Podstawowym celem jest detekcja stopnia uszkodzenia wirnika maszyny,
możliwe jest również określenie stopnia niecentryczności położenia wirnika względem
stojana, z rozróżnieniem niecentryczności statycznej i dynamicznej. Rejestracja prądów
stojana w stanie ustalonym lub podczas rozruchu silnika umożliwia ocenę stanu klatki pracy
lub klatki rozruchowej. Cyklicznie przeprowadzane pomiary diagnostyczne dają możliwość
ciągłej kontroli stanu maszyn, bez potrzeby wyłączania ich z ruchu, co daje możliwość
odpowiedniego zaplanowania cyklu remontowego. Prace diagnostyczne mogą być
prowadzone zdalnie. Metoda AGH była stosowana u odbiorców przemysłowych, m.in. w
Elektrociepłowni Kraków.
SESJA 2
Dr hab. inż. Witold Rams, dr inż. Michał Rad
Układ do detekcji zwarć między blachami rdzeni maszyn elektrycznych
Podczas seminarium zaprezentowany zostanie system diagnostyczny umożliwiający
wykrywanie zwarć między blachami rdzeni maszyn elektrycznych. Próby mające na celu
ocenę stanu izolacji blach wykonuje się najczęściej podczas remontu maszyny, a otrzymane
wyniki są pomocne w podjęciu decyzji o jej dalszym losie. System opracowany i
przetestowany w Laboratorium Maszyn Elektrycznych w stosunku do obecnie stosowanych
metod ma kilka istotnych zalet – nie wymaga dużego prądu zasilającego, a dokładność
detekcji miejsca wystąpienia zwarcia i jego stopnia jest porównywalna z metodą
termowizyjną. Na wyniki pomiarów nie trzeba czekać – wizualizacja wyników pomiarów
odbywa się w czasie rzeczywistym, przy użyciu dedykowanego oprogramowania.
Oprogramowanie pozwala na archiwizację wyników i daje możliwość generowania raportów
pomiarowych. System opracowany został we współpracą z odbiorcą przemysłowym.
Dr inż. Tomasz Lerch
Innowacyjny układ obciążenia maszyny indukcyjnej na stacji prób
W proponowanym układzie zastąpiono, tradycyjnie stosowany do obciążania badanej
maszyny indukcyjnej, układ Leonarda, maszyną indukcyjną dwustronnie zasilaną (MDZ).
MDZ jest powszechnie stosowana w dużych elektrowniach wiatrowych. Wykazuje ona
zdolność do przetwarzania energii przy zmiennej, w szerokim zakresie, prędkości obrotowej
oraz do kompensacji mocy biernej badanej maszyny indukcyjnej. W konsekwencji,
zastosowanie tego rozwiązania umożliwia badanie maszyn indukcyjnych przy dowolnych
prędkościach obrotowych oraz poprawia bilans energetyczny stacji prób.
Dr inż. Michał Rad
Automatyczna, bezinwazyjna diagnostyka wirników maszyn indukcyjnych
W referacie zaprezentowane zostanie oprogramowanie, służące do detekcji uszkodzeń
wirników maszyn indukcyjnych. Użyta w oprogramowaniu procedura bazuje na analizie
zarejestrowanego przebiegu prądu rozruchowego maszyny, a jej wynik w postaci jednej
liczby, będącej miarą asymetrii wirnika, pozwala na natychmiastową ocenę stanu wirnika. W
przypadkach niejednoznacznych, obserwacja trendu zmian w czasie wskaźnika asymetrii dla
danej maszyny pozwala na pewniejsze wnioski diagnostyczne. Istnieje możliwość
zamówienia całego systemu pomiarowo-diagnostycznego do oceny asymetrii wirników
(oprogramowanie, karta pomiarowa, cęgi pomiarowe).
Dr hab. inż. Zygfryd Głowacz, profesor AGH, mgr inż. Henryk Krawiec
Poprawa odporności regulowanych układów napędowych prądu przemiennego z
silnikami indukcyjnymi na zapady napięcia
Zapady napięcia są uważane za jeden z najważniejszych problemów w dziedzinie
jakości energii elektrycznej. Stanowią one realne zagrożenie dla odbiorców wrażliwych na
zaburzenia napięcia zasilającego i mogą prowadzić do bardzo dużych kosztów związanych z
przestojami w pracy maszyn i napędów elektrycznych. Zapady napięcia charakteryzują się
krótkotrwałym, nagłym obniżeniem wartości skutecznej napięcia w danym punkcie sieci, po
którym w krótkim czasie następuje wzrost napięcia do wartości sprzed pojawienia się zapadu.
Dotychczasowe rozwiązania zmierzające do zwiększenia odporności napędów na
zapady napięcia koncentrują się głównie na energoelektronice, poprzez rozbudowę układu
zasilania lub rozbudowę przemiennika częstotliwości. Proponowana metoda polega na – w
przypadku wystąpienia zapadu napięcia – zmniejszeniu w sposób regulowany strumienia
magnetycznego silnika, co powoduje obniżenie jego wewnętrznej siły elektromotorycznej tak,
że zostaje zachowana możliwość regulacji prądu silnika i normalnej jego pracy.
Przeprowadzone symulacje w środowisku MATLAB-SIMULINK potwierdziły
skuteczność
proponowanej
metody.
Przewiduje
się
opracowanie
algorytmu
sterowania/regulacji opartego na zasadzie osłabiania strumienia magnetycznego silnika, w
formie dogodnej do zastosowań praktycznych.
SESJA 3
Dr inż. Tomasz Drabek, mgr inż. Sebastian Latosiewicz
Zastosowanie układu Halbacha w bezrdzeniowych silnikach tarczowych
W referacie przedstawiono wyniki obliczeń MES 3D wybranych wielkości
bezrdzeniowego silnika tarczowego wzbudzanego magnesami trwałymi ułożonymi w szyk
Halbacha. W konstrukcji takiej tarcze wirnika wykonane są z materiałów kompozytowych, a
strumień magnetyczny zamyka się przez same magnesy oraz szczeliny powietrzne i twornik.
Otrzymane wyniki zostały porównane z wynikami analogicznych obliczeń maszyny o
identycznych gabarytach, ale ze wzbudzeniem klasycznym, w którym ferromagnetyczne
tarcze wirnika stanowią element domykający drogę dla strumienia magnetycznego.
Zaprezentowano również wstępne wyniki obliczeń silnika z dodatkowymi tarczami: twornika
i wzbudzenia.
Dr inż. Wacław Orlewski
Wyznaczanie warunków stabilizacji napięcia i częstotliwości generatora indukcyjnego
pracującego samodzielnie
Przedmiotem referatu są zagadnienia związane z pracą samotną generatora
indukcyjnego wzbudzanego kondensatorami. Parametry wytwarzanej przez niego energii
elektrycznej zależą od stanu i charakteru obciążenia tego układu. Zarówno wartość skuteczna
napięcia, jak i jego częstotliwość wykazują zmienność w trakcie pracy generatora. Prosta
konstrukcja i duża niezawodność maszyny indukcyjnej sprawiają jednak, że generator
pracujący w oparciu o ten typ maszyny może znaleźć wiele zastosowań. W celu podniesienia
jego walorów użytkowych niezbędne jest jednak wprowadzenie regulacji stabilizującej
wartość skuteczną napięcia i jego częstotliwość.
Dr inż. Tomasz Drabek
Silniki synchroniczne z hybrydowym wzbudzeniem i przełączalnym strumieniem
Silniki elektryczne stosowane w pojazdach samochodowych muszą spełniać
specyficzne wymogi, związane z mechanicznymi przeciążeniami, na które są specjalnie
narażone, z uwagi na przenoszenie drgań kół napędowych na jednostkę napędową. Narażenia
te w pierwszym rzędzie dotyczą silników umieszczanych bezpośrednio w kołach pojazdów,
ale również – chociaż w mniejszym stopniu – napędów samochodowych o topologii
centralnej. Doświadczenia producentów samochodów wskazują, że największe narażenia
mechaniczne dotyczą wirników takich silników. Naturalnym rozwiązaniem tego problemu
jest zastosowanie silnika elektrycznego z wirnikiem całkowicie pozbawionym uzwojenia i
magnesów. Przykładem takiej konstrukcji jest silnik znany w literaturze jako Hybryd
Excitation Flux Switching Synchronous Machine (HEFSSM) – maszyna synchroniczna z
hybrydowym wzbudzeniem i przełączalnym strumieniem.
Celem referatu jest przedstawienie możliwych wariantów konstrukcyjnych i sterowań
silnika HEFSSM. Podawane w referacie wartości momentów i mocy pochodzą z obliczeń
wykonywanych metodą elementów skończonych 2D. Uzyskiwane moce jednostkowe
dochodzą do 3.5kW/kg przy n = 5000obr/min.