Določevanje izgub 6-faznega sinhronskega stroja z metodo sintetične obremenitveDarovic, Anton (Avtor) Drobnič, Klemen (Mentor) sintetična obremenitevmagnetna neuravnoteženostmagnetostatična analizameritev izkoristkasinhronski stroj s trajnimi magnetivečfazni stroj6-fazni stroMagistrsko delo obravnava novo merilno metodo, ki z uporabo sintetične (fantomske, lastne) obremenitve omogoča določitev izgub, izkoristka in temperaturnega porasta večfaznega električnega stroja za različne delovne točke. Običajni pristop, ki izhaja in je uveljavljen v klasični 3-fazni tehnologiji električnih strojev, namreč zahteva mehansko sklopitev merjenca z dovolj veliko aktivno zavoro (ang. back-to-back), kar merilni proces zaplete in podraži ter je posebej pri strojih večjih moči lahko celo neizvedljiv. V 1. poglavju sta na kratko predstavljeni tako klasična metoda naravne obremenitve (MNO) kot njej alternativna metoda sintetične obremenitve (MSO). MSO je omejena na večfazne stroje s sodim številom faznih navitij in je zmožna oceniti izgubno moč sinhronskega stroja s trajnimi magneti v širokem obratovalnem območju. Posebej primerna je aplikacija MSO v večfaznih strojih, katerih statorsko navitje sestavlja sodo število 3-faznih skupin navitij. MSO smo zato aplicirali na 6-faznem sinhronskem stroju z notranje nameščenimi trajnimi magneti z dvema 3-faznima skupinama navitij. Tekom merilnega preizkusa ena izmed 3-faznih skupin deluje v motorskem režimu, medtem ko druga skupina v generatorskemu režimu. Glavnina moči teče iz motorske v generatorsko skupino, medtem ko iz enosmernega tokokroga doteka zgolj moč, ki je potrebna za pokrivanje izgub pogona. Zaradi različnega obratovalnega režima posameznih skupin navitij se lahko med izvajanjem MSO pojavi izrazitejša radialna komponenta magnetne sile, kar povzroči magnetno neuravnoteženost (ang. unbalanced magnetic pull). Pojavi se dodatna radialna obremenitev ležajev, ki lahko tudi skrajša njihovo življenjsko dobo. Za ovrednotenje magnetne neuravnoteženosti je bilo razvito računalniško orodje, ki je podrobneje opisano v 2. poglavju. Na podlagi vhodnih podatkov geometrije stroja in razporeditve navitij se s pomočjo programskega paketa Matlab v programu za analizo s končnimi elementi FEMM samodejno izgradi simulacijski model. FEMM nato na podlagi želenega toka in zasuka rotorja izvede magnetostatično analizo, ki vrne tudi informacijo o rezultančni radialni komponenti magnetne sile. Simulacija je bila izvedena za omenjeni 6-fazni stroj in na podlagi rezultatov je bila sprejeta odločitev, da je vrednost radialne komponente magnetne sile tekom MSO v dopustnih mejah (3. poglavje). ii MSO kot alternativni pristop za izvajanje preizkusa obremenjevanja stroja je podrobneje predstavljena v 4. poglavju. Opisano je fizikalno ozadje delovanja MSO ter navedene njene prednosti in slabosti. Za 6-fazni sinhronski stroj, ki deluje v režimu sintetične obremenitve, je bilo na podlagi matematičnega modela 3-faznega stroja razvito nadomestno vezje, ki vključuje tudi modeliranje izgub v železu. Z nadomestnim vezjem enostavneje pojasnimo koncept kroženja moči med skupinama navitij, delujočima v motorskem in generatorskem režimu. Merilni sistem, praktična implementacija MSO ter način izvajanja meritev so opisani v 5. poglavju. Meritve izgubnih moči so bile izvedene s 3-faznim analizatorjem moči, vezanim v konfiguraciji Aronove vezave. Za meritev moči 3-faznega sistema sta bila tako potrebna zgolj 2 vatmetra, tretji pa je bil uporabljen za istočasno meritev moči enosmernega tokokroga, ki pokriva izgube celotnega pogona. Ker je bil na voljo zgolj en analizator moči, sta bili meritvi moči v generatorski in motorski skupini navitij izvedeni ločeno. Pri tem je bilo treba zagotoviti isto obratovalno točko, kar smo storili z identično nastavitvijo obratovalnih točk preko uporabniškega vmesnika. Sočasno smo izvajali meritev moči enosmernega tokokroga, temperature pretvornika in stroja. Te informacije so služile kot dodatna potrditev, da se nahajamo v istih obratovalnih točkah. Za termično stabilizacijo komponent pogona med meritvijo sta bila stroj in pretvornik priključena na kapljevinski hladilni sistem. Merilni rezultati za MSO so predstavljeni v 6. poglavju. Na podlagi časovnih potekov faznih tokov motorske in generatorske skupine navitij smo potrdili predvidevanja, da je iznos tokov motorske skupine navitij višji od generatorske skupine. Zaradi načina implementacije regulacijske zanke sintetične obremenitve to velja le, dokler se ne nahajamo v področju slabljenja polja. Tok motorske skupine navitij postane tedaj nižji kot je tok generatorske skupine navitij. Iz meritve moči obeh skupin 3-faznih navitij ter enosmernega tokokroga so bile določene izgube tako stroja kot pretvornika. Iz rezultatov je mogoče sklepati, da se izgubne moči stroja povečujejo tako z vrtilno hitrostjo kot s povečevanjem obremenitve. Izgube pretvornika se s povečevanjem vrtilne hitrosti do področja slabljenja polja ne spreminjajo in se spreminjajo zgolj s spreminjanjem obremenitve. Za dokončno potrditev ustreznosti MSO bi bilo treba rezultate neposredno primerjati z rezultati dobljenimi z MNO, kar v okviru magistrske naloge ni bilo mogoče realizirati. Kljub temu pa lahko na podlagi smiselnih merilnih rezultatov sklepamo, da je MSO dober ekvivalent MNO. Na izgube stroja vplivajo predvsem izgube v statorskem navitju, ki so odvisne od iii statorskega toka, izgube v železu, ki so pogojene z gostoto magnetnega polja ter vrtilno hitrostjo in izgube zaradi trenja v ležajih. Zaradi načina napajanja stroja v primeru MSO sklepamo, da je gostota magnetnega polja v železu nižja kot v primeru MNO, zato so izgube v železu v primeru MSO nekoliko podcenjene. Zaradi povečane radialne komponente magnetne sile, ki dodatno pritiska na ležaje pa predvidevamo, da so izgube zaradi trenja v primeru MSO višje kot za primer MNO.20232023-09-07 11:29:08Magistrsko delo/naloga149564VisID: 62410COBISS_ID: 165408515sl