dizertační práce

Robustní řízení synchronního stroje s permanentními magnety a spínaným tokem

Text práce 5.01 MB Teze 1.27 MB

Autor práce: Ing. Mustafa Osman Elrayah Aboelhassan, Ph.D.

Ak. rok: 2013/2014

Vedoucí: prof. Ing. Jiří Skalický, CSc.

Oponenti: doc. Ing. Vladislav Singule, CSc., doc. Ing. Bohumil Skala, Ph.D.

Abstrakt:

Je jasné, že nejúspěšnější konstrukce zahrnuje postup vícefázového řízení, ve kterém každá fáze může být považována za samostatný modul. Provoz kterékoliv z jednotek musí mít minimální vliv na ostatní, a to tak, že v případě selhání jedné jednotky ostatní mohou být v provozu neovlivněny. Modulární řešení vyžaduje minimální elektrické, magnetické a tepelné ovlivnění mezi fázemi řízení (měniče). Synchronní stroje s pulzním tokem a permanentními magnety se jeví jako atraktivní typ stroje, jejíž přednostmi jsou vysoký kroutící moment, jednoduchá a robustní konstrukce rotoru a skutečnost, že permanentní magnety i cívky jsou umístěny společně na statoru.

FS-PMSM jsou poměrně nové typy střídavého stroje stator-permanentní magnet, které představují významné přednosti na rozdíl od konvenčních rotorů - velký kroutící moment, vysoký točivý moment, v podstatě sinusové zpětné EMF křivky, zároveň kompaktní a robustní konstrukce díky umístění magnetů a vinutí kotvy na statoru. Srovnání výsledků mezi FS-PMSM a klasickými motory na povrchu upevněnými PM (SPM) se stejnými parametry ukazuje, že FS-PMSM vykazuje větší vzduchové mezery hustoty toku, vyšší točivý moment na ztráty v mědi, ale také vyšší pulzaci díky reluktančnímu momentu. Pro stroje buzené permanentními magnety se jedná o tradiční rozpor mezi požadavkem na vysoký kroutící moment pod základní rychlostí (oblast konstantního momentu) a provozem nad základní rychlostí (oblast konstantního výkonu), zejména pro aplikace v hybridních vozidlech.

Je předložena nová topologie synchronního stroje s permanentními magnety a spínaným tokem odolného proti poruchám, která je schopná provozu během vinutí naprázdno
a zkratovaného vinutí i poruchách měniče. Schéma je založeno na dvojitě vinutém motoru napájeném ze dvou oddělených vektorově řízených napěťových zdrojů. Vinutí jsou uspořádána takovým způsobem, aby tvořila dvě nezávislé a oddělené sady. Simulace a experimentální výzkum zpřesní výkon během obou scénářů jak za normálního provozu, tak za poruch včetně zkratových závad a ukáží robustnost pohonu za těchto podmínek.

Tato práce byla publikována v deseti konferenčních příspěvcích, dvou časopisech
a knižní kapitole, kde byly představeny jak topologie pohonu a aplikovaná řídící schémata, tak analýzy jeho schopnosti odolávat poruchám.

Klíčová slova:

Letecký, Vysokorychlostní, Nadbytek, Odolné proti poruchám, Frekvenční měniče, Odolnost vůči poruchám stroje, Dvojité trojfázové stroje, Pulzní tok permanentní magnety synchronního stroje, Vícefázové motory, Vícefázové pohony, Vektorové řízení, Polem orientované vektorové řízení, Pulsní šířková modulace, Napěťový měnič, Synchronní stroj s permanentními magnety, Servomotor, Nelineární řízení, Řízení zpětnou vazbou, Polohové řízení, Řízení rychlosti, Proudová regulace, Zpětný náraz, Regulace odbuzováním, Normální provozní podmínky, Chybový provozní stav, Porucha naprázdno, Porucha zkratem, Jednofázové poruchy, Nerovnováha tří fází, Brzdný moment, Bezpečnostně kritické aplikace.

Termín obhajoby

14.11.2013

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika (PK-SEE)

Složení komise

doc. Dr. Ing. Miroslav Patočka (předseda)
prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc. (člen)
doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. (člen)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Modlitba, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladislav Singule, CSc. - oponent (člen)
doc. Ing. Bohumil Skala, Ph.D. - oponent (člen)

Posudek školitele
Ing. Mustafa Aboelhassan po absolvování magisterského studia v r. 2006 zahájil prezenční doktorské studium na UVEE FEKT VUT v Brně. Zapojil se významně do vedení numerických a laboratorních cvičení, na které byl vždy perfektně připraven.  Po státní doktorské zkoušce v roce 2009 absolvoval dvouletý zahraniční pobyt na University of  Nottingham, kde v kolektivu spolupracovníků pod odborným vedením prof. Christophera Gerady zpracoval podstatnou část své disertační práce. Podle hodnocení prof. Gerady i podle mého hodnocení Ing. Mustafa Aboelhassan svým zaujetím a pracovním nasazením úspěšně reprezentoval naší fakultu.
Tématem disertační práce Ing. Mustafy Aboelhassana byl výzkum a vývoj nového typu regulovaného elektrického pohonu se synchronním motorem s permanentními magnety a  spínaným magnetickým tokem. Jádrem práce a tedy i disertabilním přínosem doktoranda je výzkum a vývoj nové koncepce regulačního pohonu pro speciální aplikace, odolného poruchám jak napájecího měniče, tak i vlastního motoru, např. zkratům vinutí.
Funkční vzorek kompletního pohonu byl realizován a úspěšně odzkoušen na univerzitě v Nottinghamu. Disertační práce předpokládala široké znalosti  a realizační schopnosti z oboru výkonové elektroniky a elektrických pohonů a adaptibilitu na nové prostředí.
Podstatná část disertační práce byla publikována na mezinárodní konferenci  IEEE ICEMS v Pekingu v r. 2012  a publikována v časopise IEEE IE vol.60, v roce2013.

V Brně dne 24. října 2013                    Prof. Ing. Jiří Skalický, CSc.
viz hodnocení ve formátu pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 250.58 kB

viz hodnocení ve formátu pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 332.97 kB