Construction of a dynamic model for a transverse flux motor

The paper presents the simulation results of the modular reluctance motor (Transverse Flux Motor) with an outer rotor in different transient states. The main goal of the analysis was the developing process of a mathematical TFM model with a high level of accordance with real object. The mathematical model was implemented in Matlab/Simulink environment and compared with the filed-circuit model (FLUX3D). Several computer simulations were carried out for different TFM motor operating conditions.

Praca zawiera wyniki badań symulacyjnych stanów dynamicznych silnika reluktancyjnego o budowie modułowej z wirnikiem zewnętrznym ze strumieniem poprzecznym (TFM). Silnik zbudowany jest z trzech modułów oddzielonych od siebie przekładkami dystansowymi, każdy z modułów zawiera 12 zębów oraz jedno uzwojenie (rys. 1). Poszczególne moduły wirnika przesunięte są względem siebie o dziesięć stopni mechanicznych, natomiast moduły stojana są ułożone symetrycznie względem siebie. Do zasilania w/w silnika zastosowano układ półmostkowy typu "H", składający się z sześciu tranzystorów i diod zwrotnych. Zasadniczym celem badań było opracowanie modelu matematycznego silnika TFM zapewniającego dobre odzwierciedlenie zjawisk występujących w tego rodzaju napędach elektrycznych. Model matematyczny zaimplementowano w środowisku Matlab/Simulink, oraz Tolboox PLECS do zamodelowania układu zasilania. Nieliniowość strumienia magnetycznego zależnego od prądu i położenia kątowego uwzględniono stosując w modelu matematycznym funkcję ψ= f ( i,Θ ) (rys. 4a). Podobne podejście zastosowano w przypadku momentu elektromagnetycznego wyznaczając funkcję T = f ( i,Θ ). Funkcje te wyznaczono w na drodze obliczeń polowych zweryfikowanych pomiarowo. Struktura modelu symulacyjnego ma charakter hierarchiczny. Składa się z podsystemów każdego z pasm (rys. 5), układu zasilania i sterowania (rys. 6) oraz z bloku implementacji wielkości mechanicznych (rys. 7). W punkcie 4 zamieszczono wykresy będące porównaniem badań symulacyjnych przy użyciu modelu matematycznego (Matlab/Simulink) oraz obarczonego dużymi nakładami obliczeniowymi modelu polowoobwodowego (FLUX3D). Na rysunku 8 (a-e) przedstawiono jałowy rozruch silnika TFM przy obniżonym napięciu zasilania. Rysunek 9 (a-c) obrazuje rozruch pod obciążeniem dla znamionowej wartości napięcia zasilania. Porównanie modelu matematycznego z modelem polowo-obwodowym pozwala na wyciągnięcie wniosku o zadowalającej dokładności modelu matematycznego. Otrzymano szereg charakterystyk dla różnych warunków pracy silnika TFM w znacznie krótszym czasie niż dla obliczeń polowo-obwodowych. Opracowane narzędzie umożliwi dalsze, bardziej zaawansowane badania optymalizacyjne z wykorzystaniem metod stochastycznych poszukiwania rozwiązań danego problemu.