Optymalizacja silnika reluktancyjnego przełączalnego (SRM) z przeznaczeniem do napędu samochodu elektrycznego

mgr inż. Michał Majchrowicz

Promotor: dr hab. inż. Wiesław Jażdżyński, prof. nz. AGH
Dyscyplina: Elektrotechnika

Pomimo swych niewątpliwych zalet jakimi są prosta, tania i niezawodna konstrukcja, silniki reluktancyjne przełączalne posiadają liczne wady, takie jak pulsacje momentu oraz mała sprawność i wysoki poziom hałasu magnetycznego przy pracy z dużą prędkością obrotową. Wady te stanowią o ich mniejszej konkurencyjności względem silników innego typu (np. silników indukcyjnych), szczególnie w zastosowaniach do napędu samochodu elektrycznego.

W rozprawie zaprezentowano oryginalny sposób modelowania i optymalizacji konstrukcji silnika typu 6/4. W postępowaniu zastosowano gradientową procedurę optymalizacji do poprawy własności silnika SRM. Zmiennymi optymalizacji były parametry geometryczne konstrukcji oraz parametry uzwojenia, łącznie 11 zmiennych.

Procedura optymalizacyjna wykorzystywała analityczny model silnika SRM, pozwalający na estymację parametrów takich jak sprawność maszyny, średni moment elektromagnetyczny, stopień pulsacji momentu oraz poziom hałasu magnetycznego przy stałej prędkości obrotowej. Model uwzględnia nieliniowość magnetyczną rdzenia. Sposób modelowania oparty jest na metodzie sieci reluktancyjnych oraz na analitycznym rozwiązaniu równania różniczkowego zwyczajnego opisującego obwód fazy.

W pracy zaprezentowano część otrzymanych wyników obliczeń optymalizacyjnych, w szczególności zaproponowano konstrukcje z maksymalną sprawnością oraz z ze zminimalizowanymi pulsacjami momentu. Pokazano także przykładowe rozwiązanie problemu bikryterialnego charakteryzującego się możliwie niskim poziomem hałasu magnetycznego i wysoką wartością średnią momentu. W postępowaniu optymalizacyjnym uwzględniono także koszt materiałowy.

Badania symulacyjne przeprowadzono w środowisku obliczeniowym MATLAB, a rozwiązania weryfikowano z wykorzystaniem metody elementów skończonych w środowisku FLUX 2D.

Pełna wersja autoreferatu: autoreferat.pdf.

1. Majchrowicz M., Jażdżynski W.: Selected Problems of Optimization of a Switched Reluctance Motor for an Electric Vehicle using Analytical Calculations. International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ'10). Granada, Spain, 23-25 March 2010, paper ID 483.
2. Majchrowicz M., Jażdżyński W.: Wybrane aspekty optymalizacji silnika reluktancyjnego przełączalnego (SRM) przeznaczonego do napędu samochodu elektrycznego. Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, nr 84/2009, strony 147-150, Artykuł zaprezentowany na XLV Międzynarodowym Sympozjum Maszyn Elektrycznych (SME'09), Rzeszów - Krasiczyn, 23-26 czerwca 2009.
3. Jażdżyński W., Majchrowicz M., Bajek M.: Searching for Optimum Designed Electric Motors, Energy-Efficient and for Electric Car Drive. Kierunki działalności i współpraca naukowa Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki. Materiały konferencji zorganizowanej z okazji Jubileuszu 90-lecia AGH, Kraków, 28-29 maja 2009, strony 191-192.
4. Jazdzynski W., Majchrowicz M.: An Approach to Find an Optimum Designed SRM for Electric Vehicle Drive. Proceedings of the 2008 Internetional Conference on Electrical Machines (ICEM'08), Vilamoura, Portugal, 6-9 September 2008, paper ID 1391.
5. Majchrowicz M., Jażdżyński W.: Wybrane zagadnienia wyznaczania strat w silniku reluktancyjnym przełączalnym. Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 239, strony 15-16. Artykuł zaprezentowany na Warsztatach Doktoranckich WD'2008, Kazimierz Dolny, 7–9 września 2008.
6. Jażdżyński W., Majchrowicz M.: Wybrane aspekty modelowania silnika reluktancyjnego przełączalnego metodą sieci reluktancyjnych. Podstawowe Problemy Energoelektroniki Elektromechaniki i Mechatroniki - XII Sympozjum PPEE’2007, Wisła, 9–12 grudnia 2007, strony 123-127.
7. Majchrowicz M.: Model analityczny silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) na potrzeby optymalizacji jego konstrukcji. Elektrotechnika i Elektronika, tom 26, nr 1-2 / 2007, strony 46-53.
8. Majchrowicz M.: Parametryczna analiza własności statycznych i dynamicznych silnika reluktancyjnego przełączalnego (SRM) z wykorzystaniem modeli polowych i obwodowych. Proceedings of XLII International Symposium on Electrical Machines (SME'06), Kraków, 3-6 lipca 2006, strony 83-86.
9. Jażdżyński W., Majchrowicz M., Bajek M., Bąk T.: Modelowanie i przykłady analizy własności silnika asynchronicznego synchronizowanego (LSPMSM) oraz reluktancyjnego (SRM) z wykorzystaniem programu FLUX 2D. Proceedings of XLI International Symposium on Electrical Machines (SME'05), Jarnołtówek, 14-17 czerwca 2005, strony 136-141.