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 obrotowa. 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 gradientowa 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 estymacje 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 i został szczegółowo opisany w rozdziałach 2, 3 i dodatku A.
Cześć otrzymanych wyników obliczeń optymalizacyjnych zaprezentowano w rozdziale 4. W szczególności zaproponowano konstrukcje z maksymalną sprawnością oraz z ze zminimalizowanymi pulsacjami momentu. Pokazano także przykładowe rozwiązanie problemu bi-kryterialnego charakteryzującego się możliwie niskim poziomem hałasu magnetycznego i wysoka 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.
Optimization of the Switched Reluctance Motor for an Electric Vehicle Drive
Switched reluctance motors (SRM) have a simple, cheap and robust construction, but there are several drawbacks when applying them - torque ripples, small efficiency at high velocity and acoustic noise, which decide about its competitiveness in comparison with other types of electric motors (i.e. induction motor),especially in electric car drive applications.
In the contribution an original approach to modeling and optimization a 6/4type SRM is put forward. A gradient optimization procedure has been employed to improve performances of the SRM. Geometrical parameters and parameters of the winding have been assumed to be the 11 optimization variables. The procedure employs an analytical model of the SRM. In the steady state operation the model enables an estimation of efficiency, average torque, torque ripples, and also acoustic noise. It takes into account the magnetic non-linearity. The model is based on the reluctance network method and an analytical solution of an ordinary differential equation describing a phase circuit, and is described in chapters 2 and 3, and in appendix A.
A few results of an optimization approach are presented in chapter 4. In particular the constructions with maximal efficiency and minimal torque ripples have been found. An example of a bi-criterial problem is presented as well, as a search for the best construction with minimal magnetic noise and maximal average torque. The optimization approach takes into account a cost of the materials of SRM as well. Calculations were performed in MATLAB environment. The solutions were verified by means of finite element analysis performed by means of a program FLUX 2D.
