Analiza stanów awaryjnych maszyn reluktancyjnych przełączalnych w zakresie pracy generatorowej

Problem of the operation of a switched reluctance machine (SRM) in generator mode for normal and faulty electrical conditions is discussed in this paper. Cases of asymmetric work in SRM are described. Findings of simulation and experimental research are included and conclusions presented.Maszyny reluktancyjne przełączalne (ang. Switched Reluctance Machines) zaliczane są do kategorii maszyn elektrycznych z komutacją elektroniczną. Charakteryzują się prostą budową wirnika (brak uzwojeń i magnesów) oraz bardzo szerokim zakresem regulacji prędkości obrotowej. W układach napędowych z SRM maszyny te mogą pracować zarówno w zakresie pracy silnikowej jak i generatorowej (napędy pojazdów elektrycznych, zintegrowane systemy rozrusznik/generator) lub tylko w zakresie pracy generatorowej (np. napędy elektrowni wiatrowych). Prosta budowa maszyny zapewnia bardzo dużą odporność na uszkodzenia elektryczne oraz możliwość kontynuowania pracy po wystąpieniu niektórych stanów awaryjnych. W rozdziale II dokonano klasyfikacji potencjalnych stanów awaryjnych przełączalnych maszyn reluktancyjnych. W pracy ograniczono się tylko do analizy wybranych stanów awaryjnych pochodzenia elektrycznego przełączalnej maszyny reluktancyjnej 6/4 pracującej w zakresie pracy generatorowej takich jak przerwa w zasilaniu jednego z pasm maszyny (stan awaryjny I), zasilanie połowy uzwojenia pasma (stan awaryjny II) oraz zwarcie połowy uzwojenia (stan awaryjny III). Wszystkie stany awaryjne odnoszono do przypadku pracy w warunkach symetrycznych (warunki normalne). Dodatkowo założono, że maszyna pracuje w zakresie stałej mocy sterowana jednopulsowo z określoną prędkością obrotową i odpowiednimi kątami sterowania. Pracę podzielono na dwie części: obliczeniową (rozdział III) oraz weryfikacyjną (rozdział IV). Analizę symulacyjną prowadzono na bazie obliczeń polowych (rys. 1-2) oraz z zastosowaniem modelu symulacyjnego obwodowego w środowisku programów Matlab/Simulink. Na rysunkach 3-5 przedstawiono przebiegi czasowe prądów pasmowych i(ph), prądu źródła zasilającego i(dc) wraz z rozkładem harmonicznych oraz momentu elektromagnetycznego Te dla pracy normalnej maszyny oraz dla różnych przypadków pracy awaryjnej. Wszystkie charakterystyki uzyskano przy takiej samej prędkości obrotowej i kątach sterowania. Analiza harmoniczna prądu źródła zasilającego pokazuje, że w warunkach symetrii dominuje harmoniczna 12-ta i jej wielokrotności dla rozpatrywanej konstrukcji 6/4. W stanach awaryjnych pojawiają się dodatkowe harmoniczne 4 oraz 8. Analiza zawartości amplitud dodatkowych harmonicznych pozwala w wielu przypadkach określić rodzaj uszkodzenia. W warunkach laboratoryjnych dokonano pomiarowej weryfikacji analizowanych przypadków. Przykładowe przebiegi czasowe prądów przedstawiono na rysunkach 7-9. Na rysunku 10 pokazano zależność wartości średniej mocy wyjściowej jednego z pasm w funkcji prędkości obrotowej dla różnych przypadków pracy maszyny