Publikacje powstałe w trakcie realizacji projektu


Głos Politechniki

Głos Politechniki
Od ponad dwóch lat Politechnika Poznańska jest koordynatorem (liderem) projektu pt. "Nowa generacja energooszczędnych napędów elektrycznych do pomp i wentylatorów dla górnictwa" współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach funduszy strukturalnych POIG "Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy". Projekt, którego koordynatorem jest prof. A. Demenko, został bardzo wysoko oceniony w rankingu zdolności instytucjonalnej beneficjentów 1. osi priorytetowej POIG uwzględniający wszystkie wnioski o płatność złożone do końca grudnia 2011, tworzony przez sekcję monitoringu i sprawozdawczości POIG w NCBiR w Warszawie. Poniżej przedstawiamy wywiad z uczestnikami projektu.1

Pobierz



Equivalent Formulas for Global Magnetic Force Calculation From Finite Element Solution

IEEE Transactions on Magnetics, Volume:48 , Issue: 2 , Feb. 2012

Equivalent Formulas for Global Magnetic Force Calculation From Finite Element Solution Demenko A. ; Łyskawinski W. ; Wojciechowski R.M.
The paper presents the Lorentz force and Maxwell stress formulas that give the same result of global force calculation for FE method. Edge element method (EEM) using vector potential A and nodal element method (NEM) using scalar potential Ω are considered. The formulas have been obtained from virtual work principle that has been adapted to the FE model. The FE network must be regular of homogenous element to obtain the equivalent formulas for EEM and equivalent formulas for NEM. The results of force calculation using the proposed methods have been compared with the analytical results. The systems with three cuboidal magnets and an induction motor with solid rotor described in TEAM Workshops Problem No. 30 were analyzed. Moreover, repulsive forces in the systems presented by TEAM Workshops Problem No. 7 and in the system with two ring-shaped magnets have been investigated.


The field-circuit analysis of the start-up operation of the brushless DC motor.

The field-circuit analysis of the start-up operation of the brushless DC motor. Łukasz Knypiński, Lech Nowak, Kazimierz Radziuk, Yvonnick Le Menach.
Nowadays, we can observe growing concern about energy saving and the protection of natural environment. It is reflected in recent researches carried out by designers who try to find new, high, efficient machines. Therefore, development of constructions of the permanentmagnet motors is being accelerated. The permanent magnet brushless DC (BLDC) motors state an important group of these types of machines. The BLDC motors have many advantages: high efficiency, high power density, wide speed range, good dynamic performance and long operational life [9, 17]. The BLDC motors are widely used in different industrial applications [1].The further development of BLDC motors is possible owing to the development production technology and the improvement of permanent magnets parameters. Research and works connected with development of methods of simulation of transient and dynamic states in BLDC motors and advancement of optimization procedures will increase knowledge of these motors. The results of field-circuit analysis connected with optimization algorithm can show some new principle directions of the development of BLDC motor structures. Pobierz

Więcej

In the paper an algorithm and computer code for the analysis of the outer rotor permanent magnet brushless DC motor dynamics is presented. The mathematical model of the devices includes: the equation of a electromagnetic field, the electric circuit equations and the equation of mechanical motion. The numerical implementation is based on the finite element method (FEM) and step-by-step algorithm. The nonlinear coupled field-circuit equations have been solved by using Newton-Raphson algorithm. The electric circuits of the converter during transient operation have been discussed. The computer code for dynamic simulation of themachine has been elaborated on the basis of Delphi environment. The start-up of the motor has been investigated. Selected results of the analysis are presented and discussed.
Application of a PSO algorithm for identyfication of the parameters of jiles-atherton hysteresis model.

Application of a PSO algorithm for identyfication of the parameters of jiles-atherton hysteresis model. Ł. Knypiński, L. Nowak, P. Sujka, K. Radziuk.
In the paper an algorithm and computer code for the identification of the hysteresis parameters of the Jiles-Atherton model has been presented. For the identification the Particle Swarm Optimization method (PSO) has been applied. The computer code has been elaborated using Delphi environment. The results of optimization have been compared to experimental ones. Selected results of the calculation are presented and

discussed. Pobierz



Field-circuit analysis of asymmetry of stator winding on axial flux in AC machine.

Field-circuit analysis of asymmetry of stator winding on axial flux in AC machine. Wojciech Pietrowski
The paper presents influence an asymmetry of stator winding on an axial flux in AC machine. The objective research were performed for selected percentages of asymmetry. The axial flux was calculated as the sum of fluxes linkage with stator winding. In order to achieve a magnetic field distribution a dedicated 2D finite element model of AC machine was elaborated. The waveforms of axial flux, magnetic field distribution in air gap and torque-time characteristic have been shown. It can be concluded that the asymmetry has significant impact on the axial flux and the pulsation of torque.

Pobierz



Algorytm optymalizacji magnetoelektrycznych silników synchronicznych z uwzględnieniem polowego modelu zjawisk elektromagnetycznych.

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 66.

Algorytm optymalizacji magnetoelektrycznych silników synchronicznych z uwzględnieniem polowego modelu zjawisk elektromagnetycznych. Łukasz Knypiński, Lech Nowak.
Zaproponowano koncepcję algorytmu do optymalizacji magnetoelektrycznych silników synchronicznych (PMSM) z uwzględnieniem polowego modelu zjawisk elektromagnetycznych. Na podstawie algorytmu opracowano oprogramowanie, które składa się z dwóch modułów: modułu MES do polowej symulacji zjawisk występujących w silnikach PMSM (program ANSYS Maxwell) oraz modułu optymalizacyjnego OPT (Delphi). Optymalizację parametrów strukturalnych silnika przeprowadzano przy użyciu algorytmu genetycznego. Przedstawiono sposoby formułowania funkcji celu. Omówiono wybrane wyniki obliczeń symulacyjnych i optymalizacyjnych.

Pobierz



Dwuetapowa optymalizacja magnetoelektrycznych silników synchronicznych z uwzględnieniem współczynnika THD.

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 66.

Dwuetapowa optymalizacja magnetoelektrycznych silników synchronicznych z uwzględnieniem współczynnika THD. Łukasz Knypiński, Lech Nowak.
Przedstawiono algorytm optymalizacji magnetoelektrycznych silników synchronicznych (PMSM) z uwzględnieniem polowego modelu zjawisk elektromagnetycznych. Opracowano oprogramowanie, które składa się z dwóch modułów: modułu MES do polowej symulacji zjawisk występujących w silnikach PMSM oraz modułu optymalizacyjnego OPT. Optymalizację parametrów strukturalnych silnika przeprowadzano przy użyciu algorytmu genetycznego. Przedstawiono rozważania dotyczące poprawności formułowania funkcji celu, w szczególności wyboru kryteriów cząstkowych w funkcji kompromisowej. Zaproponowano dekompozycję zadania optymalizacji – poprzez jego podział na dwa etapy. Przedstawiono wybrane wyniki testowych obliczeń symulacyjnych i optymalizacyjnych. Pobierz



The design guidelines for the permanent magnet synchronous motors for fan and pump drives.

The design guidelines for the permanent magnet synchronous motors for fan and pump drives. Lech Nowak, Krzysztof Kowalski, Dorota Stachowiak, Jacek Mikołajewicz, Wojciech Pietrowski, Kazimierz Radziuk.
The algorithm for determining the optimal working point of electric drives for fan and pump systems has been developed. The procedure allows to calculate the fan or pump generated full-load characteristic of the driving motor. The algorithm of preliminary design of permanent magnet synchronous motor for such type of drives has been proposed. It can be used to define the set of initial points in the permanent magnet motor optimization processes. The algorithm and computer software for the cogging torque minimization has been also developed. Pobierz



Wyznaczanie optymalnego punktu pracy i charakterystyki obciążenia silników synchronicznych do napędu wentylatorów.

Wyznaczanie optymalnego punktu pracy i charakterystyki obciążenia silników synchronicznych do napędu wentylatorów. Lech Nowak, Jacek Mikołajewicz, Krzysztof Kowalski, Dorota Stachowiak, Łukasz Knypiński, Wojciech Pietrowski.
W artykule przedstawiono oprogramowanie do wyznaczania optymalnego punktu pracy układu wentylator wentylowany system. Program umożliwia wstępne zaprojektowanie magnetoelektrycznego synchronicznego silnika napędowego. Druga funkcja programu polega na określeniu charakterystyki obciążenia, tj zależności momentu oporowego od prędkości obrotowej. Tak wyznaczona charakterystyka może być wykorzystana przy projektowaniu układu sterowania silnikiem. Pobierz


Algorytm doboru wymiarów magnesów trwałych silników synchronicznych.

Algorytm doboru wymiarów magnesów trwałych silników synchronicznych. Lech Nowak, Jacek Mikołajewicz, Krzysztof Kowalski, Dorota Stachowiak, Łukasz Knypiński, Wojciech Pietrowski.
W artykule przedstawiono algorytm wstępnego doboru wymiarów głównych magnetoelektrycznych silników synchronicznych. Tak określone wymiary mogą w procesie optymalizacji tworzyć zbiór rozwiązań startowych. Ponadto opracowano oprogramowanie do wyznaczania optymalnego punktu pracy magnesów trwałych. Uwzględniono przy tym nieliniowość obwodu magnetycznego oraz rozmagnesowujące oddziaływanie pola stojana. Pobierz



Baza wiedzy o nowej generacji napędów pomp i wentylatorów dla górnictwa.

Baza wiedzy o nowej generacji napędów pomp i wentylatorów dla górnictwa. Wojciech Pietrowski, Lech Nowak, Dorota Stachowiak.
W artykule przedstawiono komputerową bazę wiedzy o energooszczędnych napędach pomp i wentylatorów dla górnictwa. Głównym celem zbudowania bazy było zgromadzenie publikacji tematycznie związanych z projektowaniem i opracowaniem nowoczesnych układów napędowych wykorzystujących energooszczędne silniki elektryczne. Bazę zrealizowano w ramach projektu, którego głównym celem jest opracowanie nowej energooszczędnej generacji napędów pomp i wentylatorów dla przemysłu górniczego.

Pobierz



Numeryczna metoda analizy silnika o biegunach wpisywanych.

Numeryczna metoda analizy silnika o biegunach wpisywanych. Wojciech Szeląg, Marcin Antczak, Mariusz Barański, Piotr Szeląg, Piotr Sujka Politechnika Poznańska.
In the paper an electric motor with written poles has been presented. The mathematical model of coupled electromagnetic, thermal and mechanical motion phenomena in the motor with written poles has been proposed. The nonlinearity of the magnetic soft material, induced eddy currents and influence of temperature on magnetic and elec-tric properties of materials have been taken into account. For the mapping of magnetic hysteresis, Jiles-Atherton model has been applied. The numerical implementation of the mathematical model is based on the finite element method and a step-by-step algorithm. In order to solve the equations of the discrete model of coupled phenomena, the iterative Newton-Raphson combined with the block over relaxation method have been applied. Elaborated spe-cial software has been successfully applied to the simulation of the start-up of the written pole motor. Pobierz


Numeryczna metoda analizy zjawisk sprzężonych w silniku o biegunach wpisywanych

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 87 NR 11/2011

Numeryczna metoda analizy zjawisk sprzężonych w silniku o biegunach wpisywanych Wojciech SZELĄG, Marcin ANTCZAK, Mariusz BARAŃSKI, Piotr SZELĄG, Piotr SUJKA
W artykule przedstawiono budowę i zasadę działania silnika o biegunach wpisywanych. Do analizy silnika zaproponowano polowy model sprzężonych zjawisk elektromagnetycznych, cieplnych i mechanicznych. W rozważaniach uwzględniono histerezę magnetyczną materiału magnetycznie twardego. Do rozwiązania równań modelu wykorzystano metodę elementów skończonych oraz algorytm kolejnych kroków czasowych. Opracowaną metodę oraz oprogramowanie wykorzystano do analizy silnika o biegunach wpisywanych.



Artykuł ukazał się w Przeglądzie Elektrotechnicznym


Hybryd magnets in line start synchronous motors magnesy hybrydowe w silnikach synchronicznych o rozruchu własnym.

X Jubileuszowe Seminarium Naukowe wybrane zagadnienia elektrotechniki i elektroniki (WZEE), Ustroń, 27-29 września 2012.

Hybryd magnets in line start synchronous motors magnesy hybrydowe w silnikach synchronicznych o rozruchu własnym. Cezary Jędryczka, Marcin Nowak, Kazimierz Radziuk i Dorota Stachowiak.
W ostatnich latach można zaobserwować rosnące zainteresowanie silnikami magnetoelektrycznymi. Silniki te charakteryzują się większym współczynnikiem mocy i sprawnością w porównaniu z klasycznymi silnikami indukcyjnymi klatkowymi. Z tego względu są one szczególnie pożądane w układach napędowych przeznaczonych do pracy ciągłej, stosowanych m.in. w napędach pomp i wentylatorów w górnictwie [1]. Poszukiwane są coraz doskonalsze, a zarazem tańsze eksploatacyjnie rozwiązania tych silników. W niniejszym artykule omówione zostaną wybrane konstrukcje silników przystosowanych do rozruchu bezpośredniego. W literaturze silniki te określane są skrótem LSPMSM (ang. Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor) [2, 3]. Pobierz



Więcej

Rozwój maszyn elektrycznych jest uzależniony od wielu czynników. Zależy on zarówno od postępu w dziedzinie materiałów magnetycznie i elektrycznie czynnych, materiałów izolacyjnych, jak i od doskonalenia metod analizy, projektowania i optymalizacji tych maszyn. W ostatnich latach dzięki osiągnięciom metalurgii proszkowej możliwe jest wykonanie elementów konstrukcyjnych silników, takich jak wirnik czy stojan, z materiałów proszkowych [4,6]. Zastosowanie kompozytów proszkowych lub spieków do wyrobu podzespołów silników umożliwia swobodne kształtowanie geometrii obwodu magnetycznego oraz pozwala w łatwy sposób pozyskiwać pożądane parametry magnetyczne i elektryczne stosowanych kompozytów, co odbywa się przez odpowiedni dobór domieszek [5,6]. Do jednych z nowszych rozwiązań technologii proszkowej zaliczają się magnetyczne elementy hybrydowe. Elementy te składają się z przynajmniej dwóch materiałów o różnych właściwościach magnetycznych, wykonanych w jednym procesie technologicznym. W przypadku magnesów hybrydowych mogą to być magnesy wytwarzane z mieszanek różnych materiałów lub magnesy o strukturze warstwowej. Właściwości takich hybrydowych magnesów można kształtować w taki sposób, by dostosować je do konstrukcji i wymagań projektowanej maszyny elektrycznej [7].W artykule przedstawiono wybrane struktury silników z magnesami hybrydowymi złożonymi z magnesów wytwarzanych metodą spiekania i dielektromagnesów wytwarzanych w Instytucie Tele- i Radiotechnicznym w Warszawie. W celu oceny wpływu hybrydyzacji magnesów na parametry funkcjonalne wybranych struktursilników LSPMSM opracowano ich modele polowo-obwodowe oraz przeprowadzono szereg symulacji, wyznaczono między innymi rozkłady składowej radialnej wektora indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej, przebiegi sił elektromotorycznych indukowanych na biegu jałowym oraz dokonano symulacji procesu rozruchu maszyn. Przeprowadzono analizę otrzymanych wyników oraz przedstawiono wynikające z niej wnioski.
Wizualizacja modelu maszyny magnetoelektrycznej w programowaniu obiektowym.

Poznan University of Technology Academic Journals, Electrical Engineering 2012.

Wizualizacja modelu maszyny magnetoelektrycznej w programowaniu obiektowym. Wojciech Pietrowski
W artykule przedstawiono komputerową wizualizację modelu maszyny magnetoelektrycznej z wykorzystaniem techniki programowania obiektowego. Opisano opracowany diagram klas modelu obiektowego maszyny elektrycznej. Wykorzystując opracowany model obiektowy zrealizowano proces dyskretyzacji trójwymiarowego modelu silnika magnetoelektrycznego z uwzględnieniem połączeń czołowych. Pokazano komputerową wizualizację modelu maszyny magnetoelektrycznej. Pobierz


Energy Efficient Open Loop Control of Permanent Magnet Synchronous Motors for Fan Applications.

Paper presented on: 17th Int. Conference on Electrical Drives and Power Electronics, The High Tatras, Slovakia 28–30 September, 2011.

Energy Efficient Open Loop Control of Permanent Magnet Synchronous Motors for Fan Applications. Stefan Brock, Tomasz Pajchrowski Poznan University of Technology, Poznan - Poland.
The paper deals with the problem of V/f control of a Permanent Magnet Synchronous Motor without winding dumper for fan applications. Based on stability analysis, an additional stabilizing loop is introduced. Voltage optimization was carried out in order to minimize the input power of PMSM. Simulation results confirmed the validity of the applied solution for fan applications. Pobierz


Fault tolerant control of, a PMSM drive in the selected emergency conditions.

Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, Vol. 75, str. 165-172, Poznań 2013.

Fault tolerant control of, a PMSM drive in the selected emergency conditions. Krzysztof Siembab
The paper describes an investigation of fault tolerant control strategies for permanent magnet synchronous motor (PMSM) driven by a fault-tolerant inverter. The inverter is a topology-modified inverter with fault-tolerant capability, which can be configured as the standard 3-phase 6-switch inverter and reconfigured as 3-phase 4-switch or 2-phase 4-switch inverter under the fault condition. By analyzing operating principle of a fault-tolerant inverter and the mathematical model of PMSM, fault tolerant control algorithms are investigated. There is a conclusion that three phase stator windings of PMSM can be effectively operated by controlling only two phase currents. Simulation results show the validity of the proposed methods. Pobierz


Energy-efficient Control Algorithms of Permanent Magnet Synchronous Motors for Fan Applications.

17. Sympozjum Mikromaszyny i Serwonapędy MiS 2011.

Energy-efficient Control Algorithms of Permanent Magnet Synchronous Motors for Fan Applications. Stefan Brock, Marcin Kanarek.
The paper deals with the problem of V/f control of a Permanent Magnet Synchronous Motor without winding dumper for fan applications. Voltage optimization was carried out in order to minimize the input power of PMSM. A model of the motor, that takes into account core losses and copper losses, has been presented. The relation between rotor speed and both types of losses has been established. Gained knowledge has been used to propose energy-optimal vector control strategy. Simulation results confirmed the validity of the applied solution for fan applications. Pobierz


Reducing Energy Losses for Fan Applications with V/f control of PMSMs

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 87 NR 11/2011

Reducing Energy Losses for Fan Applications with V/f control of PMSMs Stefan Brock, Tomasz Pajchrowski.

W artykule przedstawiono problem sterowania silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych bez klatki tłumiącej według zasady V/f dla napędu wentylatora. Przedstawiono analizę stabilności i dodano dodatkową pętlę stabilizującą prędkość obrotową. Przeprowadzono optymalizację napięcia w celu zminimalizowania energii pobranej przez silnik PMSM. Wyniki symulacyjne potwierdzają słuszność zastosowanej metody dla napędu wentylatorowego.

Pobierz


New generation of energy-saving electric drives for pumps and cooling fans in mining industry.

„Usage of an advanced monitoring and diagnostic method for complete pump Systems" organized by University Ravensburg-Weingarten, the Technical University Rapperswil and the companies ALLWEILER GmbH and Max Weishaupt GmbH. October 17, 2012, Radolzell, Germany.

New generation of energy-saving electric drives for pumps and cooling fans in mining industry. Krzysztof Zawirski, Stefan Brock, Dariusz Janiszewski.
Aims of the project:

Design of small and medium power motors with permanent magnets for pumps and fans

Line Start PMSM (LS-PMSM) (start cage - dumping windings, direct connection to power supply grid, no converter, good efficiency, better then asynchronous motor, fixed speed)

Double speed PMSM (DS-PMSM) (start cage - dumping windings, direct connection to power supply grid, electromechanical switching, worse efficiency then LSPMSM but better then asynchronous motor, two fixed speeds). PMSM dedicated for variable speed control (without start cage - dumping windings, Classical AC/AC converter with DC link, Complete drive should have better efficiency then DS-PMSM, Soft start, any speed - good match to the pipeline). Design of energy-saving algorithms for speed control of PMSM with feedback signal from motor shaft position (typical vector-oriented control of synchronous drive)

without feedback signal from motor shaft position (similarly to v/f control, with energy-optimal design). Pobierz


Badanie stabilności napędu wentylatora z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi sterowanego w układzie otwartym.

Studia z Automatyki i Informatyki, tom 35 rok 2010.

Badanie stabilności napędu wentylatora z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi sterowanego w układzie otwartym. Stefan Brock
W artykule przedstawiono analizę stabilności pracy napędu wentylatora z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych (PMSM) w otwartym układzie sterowania.. Przekształcono standardowe równania w układzie wirującym skojarzonym z wirnikiem silnika PMSM do układu skojarzonego z napięciem stojana. Następnie przeprowadzono linearyzację w punkcie pracy i analizę stabilności dla szerokiego zakresu prędkości. Wykazano, że napęd wentylatora z silnikiem PMSM w układzie otwartym pracuje niestabilnie. Wyniki analizy umożliwiły formalną redukcję rzędu układu, co umożliwia syntezę sprzężeń stabilizujących. Pobierz


Przegląd Elektrotechniczny, nr 04/2013.

Position estimation for PMSM drive equipped with the motor choke.

Przegląd Elektrotechniczny, nr 04/2013. Konrad Urbański
The paper presents results of studies on the sensorless drive with permanent magnet synchronous motor (PMSM) supplied through the motor choke. The position is estimated using a modified Luenberger observer. Its modification consists in using a PII2 correction function instead a proportional one, which gives smaller estimation errors. The advantages of that observer structure are simple structure and the good performance of the drive despite the fact that the presence of the choke was not taken into account in the observer structure.

Artykuł ukazał się w Przeglądzie Elektrotechnicznym.