Komitet Elektrotechniki

Tomasz WĘGIEL ODDZIAŁYWANIA HARMONICZNYCH PRZESTRZENNYCH W GENERATORACH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej Kraków 2013

  Rozwój inżynierii materiałów magnetycznych i produkcja wysokoenergetycznych magnesów trwałych o bardzo dobrych parametrach, zapewniających możliwość wzbudzania pól magnetycznych porównywalnych z wytwarzanymi elektromagnetycznie spowodował, że generatory synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi znalazły na poważnie zastosowania w aplikacjach o bardzo dużych mocach. Zainteresowanie generatorami synchronicznymi wzbudzanymi magnesami trwałymi jest związane również z ogólnoświatowymi tendencjami wspomagania energetyki lokalnymi siłowniami bazującymi na odnawialnych źródłach energii, w których często znajdują zastosowanie generatory synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi. Modele matematyczne generatorów powinny zapewniać możliwość względnie prostego rozwiązywania różnych zagadnień eksploatacyjnych związanych z wytwarzaniem energii elektrycznej. Z tego względu zarówno techniki projektowania jak i modelowania matematycznego tego typu maszyn są ciągle rozwijane i doskonalone.
  W niniejszej monografii przedstawiono metodykę tworzenia tzw. obwodowych modeli matematycznych maszyn synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi. Modele te posługują się pojęciem ko-energii oraz zależnościami przedstawiającymi strumienie skojarzone, które są definiowane dla uzwojeń umieszczonych w obwodzie magnetycznym z magnesami trwałymi o liniowej charakterystyce. Kształt obwodu magnetycznego modelowany jest z wykorzystaniem funkcji permeancji jednostkowej.
  W pracy przedstawiono metodykę wyznaczania rozkładu pola magnetycznego w obwodzie magnetycznym maszyny z powierzchniowo umieszczonymi magnesami na wirniku, stwarzającą szansę analitycznego określenia zależności energetycznych, indukcyjności oraz charakterystyk uzwojeń dla stanu bezprądowego.
  W celu zapisu równań modeli matematycznych wykorzystano formalizm Lagrange’a, definiując zmodyfikowaną funkcję ko-energii dla układu uzwojeń umieszczonych w obwodzie magnetycznym, w którym znajduje się magnes trwały. Pozwoliło to na utworzenie modeli matematycznych, bardzo zbliżonych do klasycznych generatorów synchronicznych wzbudzanych elektro-magnetycznie.
  W monografii obiektem szczegółowej analizy jest 3-fazowy generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi umieszczonymi na powierzchni wirnika. Szczególna uwaga zwrócona została na takie przetworzenie równań modeli maszyn wzbudzanych magnesami trwałymi, aby było możliwe jakościowe określenie własności maszyny w stanach ustalonych już na podstawie równań, nawet bez konieczności ich ilościowego rozwiązywania. Zastosowana tutaj teoria równań różniczkowych liniowych o okresowo zmiennych współczynnikach pozwoliła na precyzyjne określenie widm Fouriera prądów uzwojeń i momentu elektromagnetycznego (zarówno ilościowo, jak i jakościowo) w ustalonych stanach pracy.
   Analizy interakcji harmonicznych przestrzennych w stanie ustalonym zostały przedstawione dla generatora pracującego z 3-fazowym obciążeniem rezystancyjnym oraz współpracującego z prostownikiem diodowym. Uzyskane zadawalające zbieżności rezultatów obliczeniowych z pomiarowymi potwierdziły przyjęte wstępnie założenie, że opracowane obwodowe modele generatorów wzbudzanych magnesami trwałymi są wystarczająco dokładne i mogą być przydatne do analiz zagadnień eksploatacyjnych oraz badań w końcowych etapach procesu projektowania.