Návrh synchronního reluktančního motoru s permanentními magnety

Abstract

V dnešní době je kladen vysoký nárok na účinnost elektrických zařízení a to jak ze strany provozovatele, tak i legislativy. Nejlepší účinnosti dosahují synchronní motory s permanentními magnety umístěnými na povrchu rotoru (SMPM), se kterými lze i u malých motorů dosáhnout účinnosti nad 90%. Nicméně tyto motory jsou z důvodů použití magnetů ze vzácných zemin, např. NdFeB, drahé a jsou schopny provozu pouze s frekvenčním měničem. Z cenových důvodů jsou hledány levnější alternativy k SMPM motorům. Jedním z typů motorů, kterým lze SMPM nahradit je synchronní reluktanční motor s permanentními magnety (PMASR). Tento motor je cenově výhodnější, protože používá menší množství magnetů, při zachování podobných, mnohdy i lepších vlastností, nicméně neodpadá potřeba použití frekvenčního měniče. Navíc je zde možnost použití levnějších feritových magnetů a tím ještě výrazněji snížit cenu motoru. V této práci bude PMASR topologie popsána důkladněji včetně elektromagnetického návrhu metodou konečných prvků. Bude provedena i mechanická analýza zvoleného optimálního modelu. Výsledky dosažené metodou konečných prvků budou následně porovnány s analytickým modelem. Z navrženého modelu bude vyroben prototyp a naměřené výsledky budou porovnány s výpočty.

In these days a huge emphasis is put on efficiency of electric devices, both from the side of the owner as well as from the legislation. In the case of electric motors the best efficiency can be achieved with a surface mounted permanent magnet (SMPM) motor, which may be, even in the case of small machines, higher than 90%. Unfortunately, these motors are expensive, because rare earth magnets, such as neodymium magnets, are used, and use of the AC drive system is required. Because of its high price, engineers are trying to find a cheaper machine with parameters similar to SMPM solution. Permanent magnet assisted synchronous reluctance (PMASR) motor is one possible replacement for SMPM. This machine is cheaper, because smaller amount of magnets and still similar or even better characteristics could be achieved, but still the AC drive needs to be used. With PMASR topology it is possible to use low-cost ferrite magnets to replace expensive neodymium magnets, thus the machine will be cheaper. In this work, there will be PMASR topology explained more thoroughly, including the electromagnetic design process. Analytical analysis will be performed on a chosen optimal model. Results of the FE analysis will be evaluated with the analytical model. The prototype will be manufactured from the optimal designed model. The measured data from the prototype will be compared with the calculated data.