Modelowanie statycznych i dynamicznych stanów pracy silników indukcyjnych

Abstract

(...) Prezentowana monografia jest wynikiem wieloletnich badań prowadzonych przez Autorów w Instytucie Mechatroniki i Systemów Informatycznych Politechniki Łódzkiej dotyczących modelowania silników indukcyjnych o różnej konstrukcji, produkowanych przez przemysł elektromaszynowy w Polsce. Szczegółowej analizie poddane zostały zwłaszcza konstrukcje nietypowe, do których można zaliczyć silniki indukcyjne o skośnych żłobkach wirnika, czy też silniki dwuklatkowe o klatkach wirnika sąsiadujących, które porównano z powszechnie stosowanymi rozwiązaniami i wykazano wady oraz zalety przyjętych innowacji. Przeanalizowano również rozwiązania konstrukcyjne dość często stosowane w Fabrykach Maszyn Elektrycznych, takie jak zastosowanie klinów magnetycznych czy dodatkowych pierścieni stalowych w silnikach o powiększonym poślizgu i pokazano jakościowe i ilościowe efekty takich konstrukcji na przykładzie wybranych, aktualnie produkowanych silników. Ze względu na to, że opracowana monografia adresowana jest do pracowników nauki, uczestników studiów podyplomowych oraz do pracowników zakładów produkujących silniki indukcyjne, zawarto w niej zarówno ogólną wiedzę dotyczącą modelowania matematycznego maszyn elektrycznych, jak i wyniki badań własnych dotyczących analizy elektromagnetycznych i elektromechanicznych przebiegów silników indukcyjnych w różnych stanach pracy, w różnych warunkach zasilania i obciążenia. Szczególną uwagę zwrócono na możliwości i zakres stosowania obwodowych modeli maszyn do modelowania statycznych i dynamicznych stanów pracy silników indukcyjnych, w tym również silników zasilanych z przemienników częstotliwości i pracujących przy częstotliwości sieciowej lub przy wyższych częstotliwościach oraz porównano uzyskane przy ich pomocy wyniki z wynikami modelowania obwodowo-polowego i wynikami pomiarów. Rozdziały monografii: drugi - dotyczący obwodowych modeli maszyn elektrycznych oraz dziewiąty - dotyczący automatyzacji procesu projektowania silników indukcyjnych, zostały całkowicie opracowane przez M. Dems, natomiast rozdział trzeci omawiający polowe modele maszyn elektrycznych opracował K. Komęza. Pozostałe rozdziały zawierające wyniki badań własnych zostały opracowane wspólnie, z tym że wszystkie obliczenia z wykorzystaniem modeli obwodowych zostały wykonane przez M. Dems, natomiast obliczenia polowe - przez K. Komęzę.(...)Electrical machines constitute the fundamental component of drive systems. lnduction motors in particular are of great importance due to their robust construction, cheap maintenance, low manufacturing costs, high efficiency and reliable operation. The broad spectrum of applications implies that knowledge of parameters and characteristics, under both static and dynamie conditions, is essential at the design stage. This usually relies on mathematical modelling of relevant physical processes over a range of operating situations. lt is generally accepted that the most efficient approach to such modelling involves combined field-circuit formulations, coupling the distributed field model of the magnetic field inside the machine with circuit equations for the windings and supplying circuitry. Such models are usually very helpful for prototyping, especially if several physical phenomena and nonlinearity need to be accounted for, but they are often cumbersome and computationally inefficient thus limiting their practical applications. The mare common approach in design offices relies on equivalent circuits, that is on a circuit approach using lumped parameters, leading to fast computation. This monograph is a result of many years of research of the authors in the Institute of Mechatronics and lnformation Systems of the Technical University of Lodz undertaken in collaboration with industrial partners of electrical machine manufacturers in Poland. The focus of the book is on development and application of mathematical models of induction motors, including special designs, such as skewed rotor bars and double cage rotors. Advantages and drawback of such designs have been assessed and discussed. Other special design features, such as the use of magnetic wedges or additional steel rings for increased slip machines, have been investigated; computed predictions have been verified against measurements. The book is addressed to researchers, PhD and postgraduate students, and design engineers in electromechanical industry. lt contains generał discussion Jf principles of mathematical modelling of electrical machines as well as the particular experience of the authors gained over many years of research and development work in electromagnetic and electromechanical modelling of induction motors under different working conditions.