ANALIZA PORÓWNAWCZA SILNIKÓW INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO I SYNCHRONICZNEGO RELUKTANCYJNEGO O ROZRUCHU WŁASNYM

(1)

P O Z NA N UN I V E R S ITY O F TE C H N O LO GY A C A D E M IC J O U R N AL S

No 99 Electrical Engineering 2019

DOI 10.21008/j.1897-0737.2019.99.0008

___________________________________________________

* Politechnika Poznańska

Mateusz GRYCMACHER

^*

, Wiesław ŁYSKAWIŃSKI

^*

Wojciech SZALĄG

^*

ANALIZA PORÓWNAWCZA SILNIKÓW INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO I SYNCHRONICZNEGO

RELUKTANCYJNEGO O ROZRUCHU WŁASNYM

W artykule przedstawiono badania dotyczące opracowania taniego silnika synchronicznego reluktancyjnego o rozruchu bezpośrednim na bazie podzespołów masowo produkowanego trójfazowego silnika indukcyjnego klatkowego małej mocy. Dążono przy tym do takiej modyfikacji struktury wirnika klatkowego, dla której uzyskuje się najlepsze parametry funkcjonalne, charakteryzujące stan pracy ustalony silnika reluktancyjnego, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dodatkowych dotyczących rozruchu asynchronicznego. W obliczeniach projektowo-optymalizacyjnych silnika reluktancyjnego posłużono się polowo-obwodowym modelem zjawisk maszyny opracowanym w programie MagNet. Przeprowadzono badania laboratoryjne zaprojektowanego i zbu- dowanego prototypu silnika reluktancyjnego, a uzyskane wyniki porównano z rezultatami badań silnika indukcyjnego klatkowego. Podano wnioski wynikające z analizy po- równawczej silników klatkowego i reluktancyjnego oraz przedstawiono propozycje dalszych prac.

SŁOWA KLUCZOWE: silniki synchroniczne reluktancyjne, rozruch bezpośredni, analiza, projektowanie, badania eksperymentalne.

1. WSTĘP

Silniki prądu przemiennego, zwłaszcza synchroniczne, pełnią ważną rolę za- równo w napędach przemysłowych, jak i w urządzeniach gospodarstwa domo- wego. Są stosowane głównie tam, gdzie wymagana jest stała prędkość obrotowa bądź synchronizacja ruchu obrotowego wielu osi niepołączonych mechanicznie.

Potrzeba opracowania tanich i niezawodnych elektrycznych układów napędo- wych małej mocy, pracujących przy stałej prędkości obrotowej, skłoniła autorów do podjęcia badań nad silnikami synchronicznymi reluktancyjnymi przystoso- wanymi do rozruchu bezpośredniego. W silnikach tych nie ma problemu z rozruchem oraz nie trzeba stosować drogich układów energoelektronicznych do stabilizacji prędkości obrotowej, co zwiększa niezawodność napędu. Do rozru-

(2)

chu wykorzystuje się moment asynchroniczny generowany przez uzwojenie klatkowe wirnika. Wadą rozruchu asynchronicznego są duże przetężenia prądo- we powstające bezpośrednio po załączaniu silnika do sieci zasilającej. Prąd roz- ruchowy może być nawet od 4 do 10 razy większy od prądu znamionowego.

Z tego względu rozruch bezpośredni stosuje się głównie w silnikach małej mocy. Ponadto projektując tego typu silniki, podobnie jak przy projektowaniu silni- ków synchronicznych magnetoelektrycznych o rozruchu własnym [7, 10, 14], oprócz spełnienia wymagań dotyczących parametrów dla pracy ustalonej, należy spełnić dodatkowe wymagania związane z pracą asynchroniczną, dotyczące minimalnych momentów: rozruchowego, utyku i wpadu w synchronizm.

W układach napędowych przeznaczonych do pracy przy stałej prędkości obrotowej można również wykorzystać wspomniane wyżej silniki synchroniczne o magnesach trwałych. Uzyskuje się w nich większą gęstość mocy i lepsze parametry funkcjonalne charakteryzujące stan pracy ustalonej. Jednakże koszty produkcji maszyn o magnesach trwałych są większe od kosztów produkcji silni- ków reluktancyjnych. Należy podkreślić, że produkcja powszechnie stosowa- nych w maszynach elektrycznych magnesów neodymowych ma negatywny wpływ na środowisko. Ponadto magnesy w maszynie są narażone na trwałe rozmagnesowanie przy pracy silnika w podwyższonej temperaturze otoczenia oraz w wyniku odziaływania udarowego przepływu twornika występującego w stanach awaryjnych [3].

Z badań literaturowych wynika, że w napędach małej mocy przeznaczonych do pracy przy stałej prędkości obrotowej, silniki synchroniczne reluktancyjne są konkurencyjne w odniesieniu do silników synchronicznych magnetoelektrycznych [9]. W literaturze najczęściej prezentowane są rozwiązania konstrukcyjne silników, w których wykorzystuje się rdzeń stojana silnika indukcyjnego i tak modyfikuje się wirnik klatkowy, aby uzyskać bieguny jawne [4, 15]. W rezulta- cie otrzymuje się tzw. silniki asynchroniczne synchronizowane momentem reluktancyjnym (ASMR). Silniki te są niejednorodne pod względem magnetycznym i elektrycznym wzdłuż obwodu wirnika. Asymetrie te są źródłem tzw. efek- tu Görges`a, związanego z generowaniem podczas rozruchu silnika składowej przeciwbieżnej pola magnetycznego. Przy niepoprawnie zaprojektowanym ob- wodzie magnetycznym i elektrycznym wirnika powstaje zbyt duża składowa przeciwbieżna pola i generowany przez nią moment elektromagnetyczny może uniemożliwić rozruch silnika [4, 13]. Silniki ASMR charakteryzują się nieco większym prądem biegu jałowego, mniejszą sprawnością, momentem znamio- nowym i współczynnikiem mocy niż wykorzystane do ich budowy silniki indukcyjne klatkowe.

Dużo lepszymi parametrami funkcjonalnymi charakteryzują się silniki reluktancyjne, w których uzyskuje się znacznie większą asymetrię magnetyczną wirnika przez zastosowanie barier dla strumienia magnetycznego. Bariery tworzy się przez wycięcie w blachach wirnika otworów i rozłożenie ich w taki sposób,

(3)

Analiza porównawcza silników indukcyjnego i reluktancyjnego … 87 by pozostały ferromagnetyk uformował dla strumienia magnetycznego drogę o dużej przewodności magnetycznej [1, 2, 5]. Liczba barier strumieniowych zależy od struktury maszyny i zazwyczaj jest ich od jednej do ośmiu na każdy biegun. Zwykle większa liczba barier na biegun pozwala uzyskać większy sto- sunek przewodności magnetycznej w osi d (biegunów maszyny) do przewodno- ści w osi q. Im ten stosunek jest większy, tym lepsze są parametry funkcjonalne silnika [8, 11, 17].

Rozwój maszyn synchronicznych reluktancyjnych małej mocy stymulowany jest również osiągnięciami w zakresie badań nad nowymi materiałami magne- tycznymi oraz technologią wytwarzania rdzeni magnetycznych. Duże nadzieje wiąże się z wykorzystaniem taniej, bezodpadowej produkcji rdzeni z proszkowych materiałów magnetycznych. Zaletą technologii formowania rdzeni metodą prasowania proszków magnetycznych jest uzyskanie gotowego rdzenia w jednym takcie prasy, brak konieczności składania rdzenia z blach czy wykonywania dodatkowej obróbki mechanicznej [6, 18].

W artykule podjęto próbę opracowania, na bazie podzespołów masowo produkowanego trójfazowego silnika indukcyjnego klatkowego, taniego silnika synchronicznego reluktanycjnego o rozruchu bezpośrednim. W celu uniknięcia ko- nieczności wykonania nowego wirnika dążono do takiej modyfikacji struktury gotowego wirnika silnika klatkowego, dla której uzyskuje się najlepsze parametry funkcjonalne charakteryzujące stan pracy ustalony silnika reluktancyjnego, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dotyczących rozruchu asynchronicznego.

Ze względu na złożony przebieg zjawisk elektromagnetycznych w maszynach elektrycznych, nieliniowość obwodu magnetycznego, indukowane prądy wirowe oraz wymaganą dużą wiarygodność obliczeń do analizy stanów pracy i projektowania silnika wykorzystano ujęcie polowo-obwodowe oraz metodę elementów skończonych. Przy czym dla potrzeb przeprowadzenia analizy po- równawczej ujęcie to wykorzystano zarówno do symulacji stanów pracy silnika indukcyjnego, jak i reluktancyjnego. Numeryczne polowo-obwodowe modele silników opracowano w programie MagNet. Model numeryczny silnika reluktancyjnego wykorzystano do zaprojektowania silnika reluktancyjnego o rozruchu własnym. Przeprowadzono badania laboratoryjne zaprojektowanego i zbu- dowanego silnika reluktancyjnego oraz porównano je z rezultatami badań silnika indukcyjnego klatkowego.

2. BADANIA SYMULACYJNE

Opracowany w środowisku MagNet dwuwymiarowy model numeryczny trójfazowego czterobiegunowego silnika indukcyjnego typu Sh71-4A o mocy 250 W i prędkości obrotowej znamionowej n_N = 1390 rpm pokazano na rys. 1.

Uwzględniono, że rdzeń stojana i wirnika silnika wykonano z blachy elektro- technicznej M600-50A. Maszyna ma 24 żłobki w stojanie i 28 żłobków w wirni-

(4)

ku. Uzwo drutem na gowych u oraz zasto manualnie

a)

Rys. 1

W celu skiwanych i porówna zowano z zamieszcz chu silnik biegi prąd magnetyc Duża zgo przydatno na celowo delu nume

ojenie klatkow awojowym m uzwojenia fa osowaną sia e w obszarze

1. Przekrój popr w

u dostrojenia h wyników ano uzyskan zarówno stan

zono tylko w ka obciążone dów fazowyc cznego dla st

dność wynik ość opracowa ość wykorzy erycznego si

we wykonan miedzianym o

azowego sto atkę dyskret e przyszczeli

rzeczny rozpatr w programie M

a parametrów obliczeń, p ne wyniki z

ny pracy nie wybrane wyn ego moment ch stojana, p tanu ustalone ków badań sy anego mode ystania w obl

ilnika relukta

no z aluminiu o średnicy ży ojana wynosi

tyzującą pok nowym mas

b)

rywanego silnik agNet siatka dy

w modelu i p przeprowadz

rezultatami eustalonej, j niki obliczeń tem znamion prędkości ob ego pracy po ymulacyjnyc lu do analizy liczeniach pr ancyjnego.

um, a uzwoj yły 0,4 mm.

i 860. Przek kazano na ry

zyny.

ka indukcyjnego yskretyzująca (b

potwierdzen ono badania

badań ekspe ak i ustalon ń dotyczące a

nowym 1,73 brotowej wirn

okazano odpo ch i eksperym y silnika ind rojektowych

enie stojana Liczba zwoj krój poprzec

ys. 1. Zagęs

o (a) oraz oprac b)

nia wiarygodn a symulacyj

erymentalny nej silnika. W

analizy proc Nm. Uzysk nika oraz roz owiednio na mentalnych p dukcyjnego i h sformułowa

nawinięto jów szere- czy silnika szczono ją

cowana

ności uzy- ne silnika ych. Anali-

W artykule cesu rozru-

kane prze- zkład pola a rys. 2 i 3.

potwierdza i wskazuje anego mo-

(5)

Rys. 2. Prz

Rys.

Model wego jedy wirnika si tryzowane α i głębok na przebie stawie wy wirnika. P nia fazowe chwili cza że wartość indukcyjn obrotu wir

Analiza poró

zebiegi prądów

3. Rozkład ind

silnika reluk ynie strukturą ilnika relukta e modele num kości h wycię

eg procesu ro yznaczonej za Przy czym za e stojana są z asowej. Przy ć skuteczna I nego. Przykła rnika pokazan

ównawcza siln

w w uzwojeniach

dukcji oraz linii siln

ktancyjnego r ą wirnika. R ancyjnego pok

meryczne um ęcia na warto ozruchu. Wa ależności mom ałożono, że dl

zasilane prąde obliczaniu w I tych prądów adową zależn no na rys. 5a.

ników indukcy

h stojana (a) i p

sił pola magne nika indukcyjn

rożni się od m Rozpatrywano

kazane na ry możliwiają ba

ość maksyma artość maksy

mentu elektro la każdego p em stałym o w wartości chwi

w jest równa ność momen .

yjnego i relukt

prędkości obroto

etycznego w sta ego

modelu silnik o dwa warian ys. 4. Opracow

adanie wpływ alną moment ymalną mome

omagnetyczn położenia kąto

wartościach w ilowych prąd a prądowi zna

ntu elektrom

tancyjnego …

owej (b) podcza

anie pracy ustalo

ka indukcyjne nty W1 i W2 wane dla nich wu rozpiętoś tu reluktancyj entu określan nego T od kąt

owego wirnik wynikających dów fazowyc

amionowemu magnetyczneg

… 89

as rozruchu

onym

ego klatko- 2 struktury h sparame- ści kątowej yjnego oraz

no na pod- ta  obrotu ka uzwoje- h z zadanej ch przyjęto, u I_N silnika go od kąta

(6)

W celu uzyskuje symalny p uzmiennia metodę pr nego T_m o Optymaln czasu obli no do cza dla któryc wadzone dziły zdol wej podcz bardzo szy Tabela 1. W

Przykł nych kon wiono na

Ry (a) z wyc

u wyznaczen się dla obu r przeprowadz anych param rzeglądu sys od kąta  d ne wartości p

iczeń, dopier asochłonnej

ch uzyskano dla obciążen lności rozruc zas rozruchu ybko po załą Wymiary zopt

W

ładowe rozk nstrukcji wirn

rys. 7.

s. 4. Struktury w cięciem łukowy

nia wartości k rozpatrywany zono obliczen metrów mod

stematyczneg la wybranyc parametrów 

ro po zakońc analizy proc o największe nia T_o = 1 Nm

chowe silnik u silnika o w ączeniu silnik

tymalizowany

Wirnik 

 W1 45 W2 45 kłady pola m nika z wycię

wirników silnik m – W1 i (b) z

kąta  oraz g ych struktur nia optymali delu, w proc

go. Uzyskan ch wartości p

 i h zestaw czeniu oblicz cesu rozruchu e wartości m

m obliczenia ków. Przykła wirniku W1 p ka do sieci w ych wycięć dla

 h

mm

5 6

5 5

magnetyczne ęciami płask

ka reluktancyjne wycięciem pła

głębokości w wirnika najw izacyjne. Ze cesie optym ne zależności parametru h wiono w tabe zeń optymali u silników d momentu relu a symulacyjn adowe przeb przedstawion wirnik wpada a wirników W

g Tm

mm Nm

4,2 1,2

- 1,2

ego uzyskane kim W2 i łu

ego:

skim – W2

wycięcia h, d większy mom

względu na malizacji wyk

i momentu m h pokazano n

li 1. W celu izacyjnych p dla wariantów uktancyjnego

ne rozruchów biegi prędkoś no na rys. 6.

a w synchron W1 i W2.

m

m 27 28

e dla zoptym ukowym W1

dla których ment mak-

małą liczę korzystano maksymal- na rys. 5b.

u skrócenia przystąpio-

w wirnika, o. Przepro-

w potwier- ści obroto- Widać, że nizm.

malizowa- przedsta-

(7)

Rys. 5. Za przy I = I

Rys. 6.

Rys. 7. Roz

Analiza poró

ależność: a) mo IN,  = 45 oraz

. Przebiegi pręd

zkład indukcji o

ównawcza siln

omentu elektrom z h = 6 mm, b) m I

dkości obrotowy

oraz linii sił pol

ników indukcy

magnetycznego momentu maks I = IN i h = cons

ych dla wybran przy h= 5 mm

la magnetyczne (a) W2 i (b) W

yjnego i relukt

od kąta obrotu symalnego od ro

st

nych rozpiętości m

ego w silniku re 1

tancyjnego …

u wirnika dla wa ozpiętości wyci

i wycięć  wirn

eluktancyjnym z

… 91

ariantu W2 ięcia  dla

nika W1

z wirnikiem

(8)

W kol malnych, silnika re cyjnego. N rdzeń i uz

Badan przeprowa wym (rys połączono prąd niż s powietrzn Z tego wz

Rys. 8. Sta ferromagn

Wyzna cyjnego o odpowied takiego za kraczał p i współczy no na rys czone z kl

5

6

ejnym etapie a następnie luktancyjneg Należy podk zwojenie stoj

3. B

nia silnika in adzono na s . 8). Stwierd o w gwiazdę silnik indukc nej pomiędzy zględu dalsze

anowisko do bad netyczna z magn sterująco-pom

aczone na st oraz momen dnio na rys.

akresu zmian prądu I_N. O

ynniki mocy . 10. Dodatk lasycznej zal

7 8

e prac wyko przeprowad go i porówn kreślić, że w ana, co w se

BADANIA

ndukcyjnego pecjalnie do dzono, że prz ę) silnik rel cyjny. Stan t y stojanem i e badania wy

dania silników nesami, 4 – ukł miarowy, 8 – bel

anowisku ch ntowo-kątowe

9. Dla silnik n momentu

bliczone na y obu silnikó kowo na rys.

leżności na m

4

8

onano prototy dzono badan nano je z rez obu badanyc eryjnie produ

EKSPERY

o oraz oprac o tego celu z zy napięciu fa

luktancyjny ten jest spow

wirnikiem o ykonano przy

małej mocy; 1 ład kluczujący, lka tensometryc

harakterystyk e T(β) silnik ka reluktanc

obciążenia, a podstawie ów dla wybra

9b zamieszc moment reluk

3

yp wirnika W nia eksperym

zultatami pom ch silnikach ukowanym si

YMENTAL

cowanego si zbudowanym fazowym 230 pobiera z si wodowany zw

oraz silnym n y napięciu ob

– silnik, 2 – tar 5 – zasilacz, 6 czna układu pom

ki mechanicz ka reluktanc cyjnego pom dla którego wyników p anych napięć czono charak ktancyjny [1

2

W2 o wymia mentalne zbu miarów silni

wykorzystan ilniku Sh71-4

LNE

ilnika relukt m stanowisku 0 V (uzwojen ieci znaczni większeniem nasyceniem b bniżonym.

rcza aluminiowa – napęd wózka miaru momentu

zne n(T) siln cyjnego prze miary wykony

prąd fazowy pomiarów s ć zasilającyc kterystyki T(

6].

arach opty- udowanego

ika induk- no ten sam 4A.

tancyjnego u pomiaro-

nia fazowe e większy m szczeliny biegunów.

a, 3 – tarcza a, 7 – układ u

nika induk- edstawiono

ywano dla y nie prze- sprawności ch pokaza- (β) wyzna-

1

(9)

gdzie: s

żenia wew Wystę przeczną X cenie Park uzwojeń f

gdzie: X1, Xi =X1+X uzwojeń j=b,c,a; n

Rys. 9. C siln

Rys. 10. a

Analiza poró

– prędkość k wnętrznego.

pujące w ró Xq można wy ka [12] na p fazowych sto

, X2 – składo X2cosn, XM1

stojana XMij

n=1,2,3; m=3

Charakterystyki nika reluktancyj

a) sprawność η(

silników in

ównawcza siln

 2

 3

s

T

kątowa synch ównaniu (1)

yznaczyć wy podstawie zm ojana:

d X

X 

q X

X  owe stała i zm

1, XM2 – skł

=XM1+XM2c 3,1,2.

mechaniczne s yjnego obliczone

T) oraz b) wspó ndukcyjnego (IM

ników indukcy 1

2 1





 

d

q X

U X

hroniczna, U reaktancje ykorzystując mierzonych r

1

1 2

1

M X

X

X  

1

1 2

1

M X

X

X  

mienna reak ładowe stała cos_m, przy

silnika indukcyj e (O) z zależno

ółczynnik mocy M) i reluktancy

yjnego i relukt 2

sin







d

U – napięcie synchronicz c transformac

reaktancji wł

1

2 XM

X 

1

2 XM

X 

tancji uzwoj a i zmienna czym _n=

jnego (a) oraz m ości (1) i uzyska

y cos(T) w fun yjnego (RM) pr

tancyjnego …

fazowe,  – zne podłużną cję Clarka i p łasnych i wz

enia fazowe reaktancji w

₀+(n-1)120

momentowo-ką ane z pomiarów

nkcji momentu zy U=const

… 93

(1) kąt obcią- ą Xd i po- przekształ- zajemnych

(2) (3) ego stojana wzajemnej 0; i=a,b,c;

ątowe T(β) w (P)

obciążenia

(10)

Reaktancje własne i wzajemne wyznaczono pomiarowo w funkcji kąta obrotu wirnika, a na podstawie wartości maksymalnej i minimalnej tych reaktancji obliczono składowe stałą i zmienną.

Z porównania wyników badań silnika indukcyjnego i reluktancyjnego wyni- ka, że przy prądzie IN silnik reluktancyjny osiąga mniejszy moment obrotowy i mniejszą moc niż silnik indukcyjny. Stwierdzono, że przy zasilaniu napięciem 160 V silnik ten cechuje się dobrymi parametrami eksploatacyjnymi: przy ma- łych obciążeniach rzędu 0,5 Nm ma lepszą sprawność niż silnik indukcyjny, a współczynnik mocy jest nieco mniejszy niż w silniku indukcyjnym. Obniżanie napięcia zasilania powoduje wzrost sprawności i współczynnika mocy obu silni- ków, jednak maleje również moment obciążenia, przy którym w uzwojeniach stojana płynie znamionowy prąd. W celu dostosowania silnika do zasilania z sieci trójfazowej o napięciu 400 V należy zaprojektować nowe uzwojenie stojana i silnik przezwoić.

4. PODSUMOWANIE

W artykule przedstawiono badania związane z opracowaniem, na bazie podze- społów masowo produkowanego czterobiegunowego trójfazowego silnika indukcyjnego klatkowego typu Sh71-4A, taniego silnika synchronicznego reluktanycjnego, przystosowanego do rozruchu bezpośredniego. Dążono przy tym do takiej modyfikacji struktury wirnika klatkowego, dla której uzyskuje się najlepsze parametry funkcjonalne, charakteryzujące stan pracy ustalony silnika reluktancyjnego, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dodatkowych dotyczących rozruchu asynchronicznego. W badaniach posłużono się polowo-obwodowym modelem zjawisk, a obliczenia wykonano przy wykorzystaniu metody elementów skończo- nych oraz oprogramowania do obliczeń elektromagnetycznych MagNet.

Na podstawie wykonanych obliczeń optymalizacyjnych zaprojektowano i zbudowano trójfazowy silnik reluktancyjny. Przeprowadzono badania laboratoryjne zarówno silnika indukcyjnego, jak i opracowanego silnika reluktancyjnego. Wynikające z nich wnioski szczegółowe zawarto w rozdziale 3.

Z przeprowadzonych badań wynika, że bazując na podzespołach masowo produkowanych silników indukcyjnych można wdrożyć do produkcji bardzo tanie o dobrych parametrach funkcjonalnych silniki synchroniczne reluktancyjne wykorzystywane w napędach o stałej prędkości obrotowej. Na podstawie wyko- nanej analizy porównawczej obu silników pracujących w szerokim zakresie zmian momentu obciążenia można stwierdzić, że parametry funkcjonalne silnika reluktancyjnego są nieco gorsze niż indukcyjnego. Jednakże w zakresie niewiel- kich momentów obciążenia przy obniżonym napięciu zasilania sprawność silnika reluktancyjnego może być większa od sprawność silnika indukcyjnego. Ce- lowe jest zatem prowadzenie dalszych intensywnych prac projektowo-

(11)

Analiza porównawcza silników indukcyjnego i reluktancyjnego … 95 optymalizacyjnych nad opracowaniem udoskonalonej struktury wirnika reluktancyjnego i poprawą parametrów funkcjonalnych silnika.

LITERATURA

[1] Abramenko V., Petrov I., Pyrhönen J., Analysis of damper winding designs for direct-on-line synchronous reluctance motor, 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2017), pp. 1802–1809, IEEE, October 2017, DOI: 10.1109/IECON.2017.8216305.

[2] Aguba V., Muteba M., Nicolae D. V., Transient analysis of a start-up synchronous reluctance motor with symmetrical distributed rotor cage bars, AFRICON 2017, pp. 1290–1295, IEEE, September 2017.

[3] Barański M., Szelag W., Jedryczka C., Influence of temperature on partial demag- netization of the permanent magnets during starting process of line start permanent magnet synchronous motor, International Symposium on Electrical Machines (SME 2017), pp. 1–6, IEEE Xplore: 27 July 2017, DOI: 10.1109/ISEM.

2017.7993535.

[4] Damm Z., Jednofazowy silnik synchroniczny reluktancyjny z rozruchem asyn- chronicznym, Maszyny Elektryczne: Zeszyty Problemowe, No. 80, pp. 35–38, 2008.

[5] Gamba M., Armando E., Pellegrino G., Vagati A., Janjic B., Schaab J., Line-start synchronous reluctance motors: Design guidelines and testing via active inertia emulation, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE2015), pp. 4820–

4827, IEEE, September 2015, DOI: 10.1109/ECCE.2015.7310340.

[6] Huang P. W., Tsai M. C., Jiang I. H., 3-D Structure Line-Start Synchronous Re- luctance Motor Design Based on Selective Laser Melting of 3-D Printing, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.54, No 11, pp. 1–4, November 2018. DOI:

10.1109/TMAG.2018.2849710.

[7] Jędryczka C., Knypiński Ł., Demenko A., Sykulski J. K., Methodology for cage shape optimization of a permanent magnet synchronous motor under line start conditions, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 54, no. 3, pp. 1–4, March 2018, doi: 10.1109/TMAG.2017.2764680.

[8] Kersten A., Efficiency Investigation of Line Start Synchronous Reluctance Mo- tors, Göteborg 2017.

[9] Kim, W.H., Kim, K.S., Kim, S.J., Kang, D.W., Go, S.C., Chun, Y.D., Lee, J., Op- timal PM design of PMA-SynRM for wide constant-power operation and torque ripple reduction. IEEE Trans. Magn. Vol.45, No. 10, pp. 4660–4663, 2009.

[10] Knypiński Ł., Nowak L., Jędryczka C., Optimization of the rotor geometry of the line-start permanent magnet synchronous motor by the use of particle swarm optimization, COMPEL – The International Journal For Computation and Mathemat- ics in Electrical and Electronic Engineering, Vol. 34, No. 3, pp. 882–892, 2015.

[11] Kolehmainen J., Synchronous reluctance motor with form blocked rotor, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 25, No. 2, pp. 450–456, 2010.

[12] Krause P., Wasynczuk O., Sudhoff S., Pekarek S., Analysis of electric machinery and drive systems, Third Edition, IEEE Press Wiley 2013.

(12)

[13] Krawczyk D., Badania symulacyjne silnika asynchronicznego synchronizowanego momentem reluktancyjnym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, No. 63, pp. 1–9, 2009.

[14] Łyskawiński W., Jędryczka C., Szeląg W., Influence of magnet and cage shape on properties of the line start synchronous motor with powder hybrid rotor, Interna- tional Symposium on Electrical Machines (SME 2017), pp. 1–6, IEEE July 2017, DOI: 10.1109/ISEM.2017.7993556.

[15] Smółka K., Gmyrek Z., Dynamics of the line-start reluctance motor with SMC rotor, 18th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (ISEF 2017), Book of Abstracts, pp. 1–2, IEEE, September 2017, DOI: 10.1109/ISEF.2017.8090671.

[16] Šebest M., Hrabovcová V., Makyš P., Optimization of the reluctance synchronous motor with barriers rotor, ELEKTRO 2016, pp. 374–378, IEEE July 2016, DOI:

10.1109/ELEKTRO.2016.7512100.

[17] Tang K., Zhou L., Wang J., Xiao Y., Wang S., Rotor design and optimization of the single-phase line-start synchronous reluctance motor, 20th International Con- ference on Electrical Machines and Systems (ICEMS 2017), pp. 1–4, IEEE, Au- gust 2017, DOI: 10.1109/ICEMS.2017.8056082.

[18] Zhang Z. Y., Jhong K. J., Cheng C. W., Huang P. W., Tsai M. C., Lee W. H., Met- al 3D printing of synchronous reluctance motor, International Conference on In- dustrial Technology (ICIT 2016), pp. 1125–1128, IEEE, March 2016.

COMPARATIVE ANALYSIS OF SQUIRREL-CAGE INDUCTION AND LINE START SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTORS

The article presents research on the development of a line start synchronous reluctance motor. To reduce production costs, the use of subassemblies of the mass-produced low-power cage motor has been proposed. The aim was to modify the cage rotor structure for which the best functional parameters of the synchronous reluctance motor are obtained. In addition, it was necessary to meet the requirements related to the line start of reluctance motor. In the design and optimization calculations of the reluctance motor, a field-circuit machine numerical model developed in the MagNet software has been used. Laboratory tests of the designed and constructed prototype of the reluctance motor have been carried out, and the obtained results have been compared with the results of measurements of the squirrel-cage motor. Conclusions resulting from the comparative analysis of the squirrel-cage and the synchronous reluctance motors have been given and proposals for further work have been presented.

(Received: 20.02.2019, revised: 10.03.2019)