Optimální napájení synchronního stroje s vinutým rotorem s ohledem na max. účinnost

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá literární rešerší elektromotorů, které je možné použít pro pohon elektrických vozidel, přičemž hlavní pozornost je věnována strojům s vinutým rotorem. Na začátek je proveden krátký popis konstrukce a principu činnosti každého vhodného typu elektrického stroje. Jsou zde shrnuty výhody a nevýhody použití stroje jako trakčního pohonu a případné použití v dnešním elektromobilu včetně základních specifikací. Dále je věnován detailnější pohled na stroj s vinutým rotorem a jeho použití pro pohon elektrických vozidel. Následná část práce se věnuje úpravám tohoto typu stroje pro použití v trakčních aplikacích. Je zde představen stroj, který je schopen provozu ve dvou módech, následně je diskutován bezkontaktní přenos proudu do rotorového vinutí a nakonec je představena možnost použití tvarovaného vinutí z vodičů obdélníkového průřezu. Předposlední část práce se zabývá matematickým popisem stroje včetně náhradních schémat v podélné a příčné ose a vysvětlením vektorového diagramu v motorickém režimu. V posledních dvou kapitolách práce je představen program v jazyce Python, který slouží k analýze provozních charakteristik stroje. V rámci práce na programu byla vytvořena metodika analýzy tohoto typu stroje na základě poskytnutého balíčku dat. Dále byly vyexportovány grafické závislosti momentu a účinnosti na různých kombinacích vstupních proudů. Součástí programu je také funkce pro hledání optimálního napájení stroje s ohledem na nejvyšší účinnost.

The master's thesis deals with a literature review of electric motors suitable for the electric vehicle driveline, where the main focus is given to a wound-field synchronous machine. At first, there is a short description of machine construction and the working principle for each type of suitable electric machine. The advantages and disadvantages of using a specific machine as a traction drive are summarized, and an eventual example of use in today's electric car with basic machine specifications is given. In the next part, a more detailed focus is given to the wound-rotor synchronous machine and its use for electric vehicle drive. The second chapter deals with the modification of this machine type for traction applications. A machine capable of dual-mode operation is presented, followed by a discussion of non-contact current transfer to the rotor winding, and finally, the possibility of using a hairpin winding made of rectangular conductors is presented. The third part of the thesis deals with the mathematical description of the machine, including direct and quadrature axis equivalent circuits and an explanation of the vector diagram in motor mode. In the last two chapters of the thesis, a Python program is introduced to analyze the machine's operating characteristics. During the program build, an analysis methodology for this type of machine based on the provided data package was developed, and graphical dependencies of torque and efficiency on different input currents combinations were exported. The program also includes a function for finding the optimum current supply for the machine with respect to the maximum efficiency.