Glavni cilj diplomske naloge je izvesti numerično analizo mehanskih lastnosti rotorja sinhronskega reluktantnega motorja pri različnih vrtljajih. Mehanska analiza je, poleg elektromagnetne in termične analize, ena izmed ključnih fizikalnih analiz za pravilno načrtovanje SynRM in izogib mehanskim poškodbam, ireverzibilnim deformacijam itd. V prvem delu naloge je predstavljena zgodovina omenjenega motorja, nato pa primerjava z drugimi hibridnimi različicami tega tipa motorja (preklopni reluktančni motor, sinhronski reluktančni z dodano manjšo količino magnetov itd.). Primerjava kaže, da imajo sinhronski reluktančni motorji dobro zanesljivost, dolgo življenjsko dobo, so robustni in imajo nizke zahteve po vzdrževanju.
Sinhronski reluktančni motorji imajo specifično zgradbo rotorja, ki ga je možno zgraditi s prečnim in vzdolžnim lamerliranjem rotorjev iz mehko magnetne pločevine. V literaturi najpogosteje srečamo prečno lamelirane rotorje zaradi njihovih dobrih mehanskih lastnosti. Rotorji sinhronskih reluktančnih motorjev morajo imeti magnetne pregrade oziroma zračne reže izrezane iz pločevine, ki zagotavljajo razliko v magnetnih upornostih znotraj rotorja. Omenjene pregrade (imenovane tudi bariere ali izrezi) predstavljajo ovire za prehod magnetnega polja, kar privede do spremenjene magnetne upornosti v prečni smeri (q-os) rotorja glede na njegovo vzdolžno smer (d-os), kar omogoča obstoj navora in vrtenje rotorja. Znotraj rotorje sinhronskega reluktančnega motorja je mogoče namestiti različno število, širino in obliko magnetnih pregrad. Če znotraj magnetne pregrade vstavimo še trajne magnete, dobimo hibridno različico reluktančnega motorja, ki lahko dosega višji povprečni navor in hkrati boljši izkoristek, vendar takšna različica podraži stroj zaradi prisotnosti trajnih magnetov.
Po principu delovanja je sinhronski reluktančni motor sinhronski stroj, ker se vrti v sinhronizmu z magnetnim poljem statorja. Sinhronski reluktančni motorji so dobili svoje ime "reluktančni", po njihovi edinstveni lastnosti saj ustvarjajo navor na podlagi razlike magnetnih upornosti oziroma reluktanc znotraj rotorja (d-os in q-os). Rotor ne vsebuje navitij in trajnih magnetov. Zato ima rotor sinhronskega reluktančnega motorja zanemarljive električne izgube. Poleg tega imajo sinhronski reluktančni motorji zelo konkurenčno ceno v primerjavi z drugimi vrstami strojev. Poleg zgoraj navedenih prednosti ima ta tip motorja nekaj slabosti, kot so na primer pulzacije navora ter mehanska preobremenjenost rotorskih mostičev. Le-te je možno zmanjšati na podlagi ustrezne oblike magnetnih pregrad. V ta namen je nujno opraviti podrobno mehansko analizo. V tej diplomski nalogi sem se posebej osredotočil na analizo mehanske obremenitve rotorskih mostičev, ki so pri vrtenju rotorja zaradi centrifugalnih sil najbolj podvrženi mehanskim preobremenitvam. Na tem področju rotorja (tik ob njegovem robu) so mehanske obremenitve najbolj izrazite. Na podlagi tega sem se odločil, da izvedem celotno mehansko analizo rotorja sinhronskega reluktančnega motorja glede za različno število, obliko in razporeditev magnetnih pregrad. Rezultati, ki sem jih pridobil so pokazali, da ima geometrija rotorja, hitrost ter vrsta uporabljenega materiala pomemben vpliv na mehansko obremenitev.
V okviru moje diplomske naloge sem najprej izvedel mehansko analizo rotorjev sinhronskega reluktančnega stroja s predhodno določenimi geometrijskimi konfiguracijami na podlagi magnetne analize iz literature, nato sem dodal še svojo geometrijo, z namenom izboljšanja obstoječih geometrij.
Numerične modele sem zgradil v programskem okolju COMSOL Multiphysics, ki omogoča numerično več-fizikalno analizo na podlagi metode končnih elementov.
|
