Możliwości przewidywania uszkodzeń maszyn elektrycznych z magnesami trwałymi za pomocą analizy sygnałów własnych - koncepcja stanowiska badawczego

The paper presents a new vibration diagnostic method and conception of the test stand. This method is used for diagnose of permanent magnets (PM) rotating machines, especially generators. Specific structural properties of machines with permanent magnets are used in this solution - electromotive force (EMF) is generated due to vibrations of permanent magnets. Several issues are discussed in this article: the genesis of the method, the similarity of permanent magnets machines to vibration sensors, the conception of laboratory test stand on which these method will be develop, 3D test stand model strength and vibration numerical analysis. This method is the subject of patent application No P.40566.W pracy przedstawiono nową metodę diagnostyczną uszkodzeń wirujących maszyn elektrycznych z magnesami trwałymi, oraz koncepcję stanowiska badawczego do jej weryfikacji. Metoda ta służy do diagnostyki maszyn z magnesami trwałymi (PM) za pomocą drgań, zwłaszcza generatorów. Wykorzystano w niej specyficzne właściwości konstrukcyjne maszyn z magnesami trwałymi, w których siła elektromotoryczna (SEM) generowana jest w wyniku drgań. W artykule omówiono: genezę metody, podobieństwo w budowie czujnika drgań i maszyny z magnesami trwałymi, koncepcję sta-nowiska do badań laboratoryjnych, na którym metoda ta będzie rozwijana, model 3D stanowiska laboratoryjnego z symulacjami numerycznymi jego wytrzymałości i sztywności. Metoda ta jest przedmiotem zgłoszenia patentowego nr P.40566

Determination of equivalent thermal resistance of slot insulation - research and simulations

Numerical analysis, which uses the finite element method, requires proper preparation of computational model. In the case of thermal analysis of electrical machines based on FEM, the model preparation is also important. Electric machine consists of several elements, which have different degree of complexity. In order to create an effective computational model, it is necessary to make some simplifications. Taking the finie element method analysis into consideration, especially 3D analysis, it is desirable to create a correct model of thin and composite components, which generate considerable quantity of finite elements. Such parts in the rotating electrical machine are windings and slot insulation. The method of monolithic modeling of winding, and replacement slot insulation by the thermal resistance parameter determined on the basis of a simple experiment are presented in the article. The influence of impregnation of the winding and slot insulation thickness on the temperature of electromagnetic circuit is additionally shown in the article.Analizy numeryczne wykorzystujące metodę elementów skończonych wymagają prawidłowego przygotowania modelu obliczeniowego. Podobnie jest w przypadku analiz termicznych maszyn elektrycznych opartych o MES. Maszyna elektryczna składa się z wielu elementów, które mają różny stopień złożoności. Do stworzenia efektywnego modelu obliczeniowego konieczne staje się uproszczenie niektórych elementów. Z punktu widzenia metody elementów skończonych, a zwłaszcza przy analizie 3D, wskazane jest prawidłowe zamodelowanie podzespołów cienkościennych i kompozytowych, które generują większą ilość elementów skończonych. Przykładem takich części w wirującej maszynie elektrycznej jest uzwojenie i izolacja żłobkowa. W artykule przedstawiono monolityczny sposób modelowania uzwojenia oraz zastąpienie modelu izolacji żłobkowej parametrem zastępczej rezystancji cieplnej wyznaczanym na podstawie prostego doświadczenia. Dodatkowo w artykule pokazano wpływ impregnacji uzwojenia oraz grubości izolacji żłobkowej na temperaturę obwodu elektromagnetycznego

The potential of 3d fem and cfd methods for cooling systems analysis of electrical machines - the premises

The use of 3D finite element method (FEM) and Computational fluid dynamics (CFD) for thermal and flow analysis of electrical machines cooling systems are discussed in the paper. The qualities and defects of these methods are shown. For simple example analysis of cooling system with different types of fans, the FEMAP v10.2 with TMG panel program is used. The simple thermal analysis of high speed permanent magnet electrical machine is presented. The future practical applications of these methods in design process of electric al machines are discussed. The comparison of the thermal experimental results of a fully instrumented special application machine with the numerical analysis results will be shown in the next part of article

Traction calculations of the Sports and Recreation Vehicle UTV

Traction calculations of the Sports and Recreation vehicle fitted with a permanent magnets electric motor with a capacity of 15kW are presented in the paper. The calculations of ability to overcome the motion resistance of the car and capable of speeds and accelartions at different ratios are shown. The necessary improvements to mount the electric drive and good points of this solution are discussed. The traction calculations comparison of the electric motor with internal-combustion engine will be shown in the next part of article

Calculation of cooling efficiency of the electric motor

The preparation of a calibrated numerical model of the electric motor and the effectiveness of the air cooling system are presented in the article. The bench, consisting of a complete motor case and the stator, and the shaft with a fan mounted on its end was used to the model calibration. The volume flow rate of the fan with air velocity at selected points around the motor case, and the temperature at the selected measuring points in the device thermal steady state were measured. The calorimetric method and thermoanemometr were used to measure volume flow rate of the fan. The performance of the air cooling system for different values of losses (150W, 350W, 550W) at a constant fan speed (900 rpm) and for constant power (550W) at different fan speeds (300 rpm, 600 rpm, 900 rpm) was carried out. The discrete models for fan volume flow rate and the heat-flow calculations were prepared separately to determine the temperature of selected points of the cooling system. The set of characteristics showing the effects of rotational speed of the fan to the temperature of selected elements of the system was prepared on the basis of the tests and calculations.Praca dotyczy opisu budowy skalibrowanego modelu obliczeniowego silnika elektrycznego i prezentuje efektywność chłodzenia urządzenia przy zastosowaniu powietrznego układu chłodzenia. Badania kalibracyjne zostały przeprowadzone na stanowisku, składającym się z kompletnego kadłuba wraz ze stojanem i wałem z wentylatorem osadzonym na jego końcu. W wyniku przeprowadzonych badań zmierzono wydatek wentylatora zamontowanego w układzie chłodzącym oraz prędkość powietrza w wybranych punktach wokół kadłuba, a następnie przeprowadzono próby nagrzewania i rejestracji temperatury w wybranych punktach pomiarowych. Pomiar wydatku wentylatora przeprowadzono metodą kalorymetryczną oraz przy pomocy termoanemometru. Pomiary wydajności powietrznego układu chłodzenia przeprowadzono dla różnych wartości strat (150W, 350W, 550W) przy stałej prędkości obrotowej wentylatora (900 obr/min) oraz dla stałej mocy (550W) przy różnych prędkościach wentylatora (300 obr/min, 600 obr/min, 900 obr/min). Obliczenia przeprowadzono budując osobno modele dyskretne do wyznaczenia wydatku wentylatora i do obliczeń cieplno-przepływowychw celu określenia temperatury w wybranych punktach układu. Przeprowadzone badania i obliczenia pozwoliły opracować zestaw charakterystyk przedstawiających wpływ prędkości obrotowej wentylatora na temperaturę wybranych elementów układu

Heat calculations of rotating electrical machines - modeling problems

The modern methods of thermal calculations of rotating electrical machines with theirs advantages and disadvantages, and problems related to the construction of correct and efficient computational thermal models, were reviewed in the paper. On the basis on the literature analysis and the authors’ own experiences, the typical parameters and guidelines needed to build simple MES and CFD computational models were also included in the work. The importance of the basic parameters of the calculation model, such as the value of the thermal resistance between the stator and the case, also the thermal conductivity of the lamination stack and winding for the calculation results, were analyzed in the work. A schematic spatial thermal model of the 315mm electrical machine and Autodesk software was used for this purpose.W artykule dokonano krótkiego przeglądu nowoczesnych metod obliczeń cieplnych wirujących maszyn elektrycznych zwracając uwagę na ich wady i zalety oraz przybliżono problemy związane z budową poprawnych i efektywnych modeli obliczeniowych. Na podstawie analizy literatury oraz doświadczeń własnych autorów, w pracy zebrano również typowe parametry i wskazówki niezbędne do budowy prostych modeli obliczeniowych wykorzystujących MES i CFD. Przeanalizowano również znaczenie podstawowych parametrów modelu obliczeniowego, takich jak wartość rezystancji cieplnej pomiędzy pakietem stojana a kadłubem oraz przewodności cieplnej pakietu blach i uzwojenia na uzyskiwane wyniki. Wykorzystano do tego celu schematyczny, przestrzenny model cieplny maszyny elektrycznej o wzniosie 315mm oraz oprogramowanie firmy Autodesk

Thermal properities of silicon steel core - research and simulations

During the electromagnetic, mechanical and thermal analysis the material properties of analyzed element are necessary to know. Moreover, during the thermal analysis of electrical machines, the knowledge of the thermal properties of their individual components is required. Thermal properties of most electrical machines parts are readily available. However, there are exceptions, an example may be a silicon steel core. Electrical sheets’ manufacturers rarely provide thermal conductivity values. Additionally, this property Has a different value when you consider a silicon steel core. In this case this value is different along and across the lamination stack. It depends on many factors such as the type of insulation and the lamination stack pressure. The simple experiment together with the program for the thermal calculation which allows to determine the thermal conductivity parameters of laminations stack are presented in this article. The experiment is based on monitoring the temperature of heated sample of lamination stack. In the next step experiment was modeled In the program which allows for thermal analysis. As a result of the calibration of the calculation model the thermal conductivity, along and across the lamination of the laminations stack, was determined.W analizach elektromagnetycznych, mechanicznych czy termicznych niezbędna jest znajomość własności materiałowych badanego elementu. Analiza termiczna maszyn elektrycznych wymaga znajomości własności cieplnych poszczególnych elementów wchodzących w skład urządzenia. Wartość parametrów cieplnych dla materiałów, z których wykonana jest większość części maszyn elektrycznych jest ogólnie dostępna. Jednakże zdarzają się wyjątki, których przykładem jest pakiet blach elektrotechnicznych. Producenci blach rzadko udostępniają wartość przewodności cieplnej. Dodatkowo parametr ten przyjmuje inną wartość dla jednej blachy, a inną dla pakietu blach elektrotechnicznych. Ponadto przewodność cieplna jest inna w kierunku podłużnym, a inna w kierunku poprzecznym pakietu. Zależy ona od takich czynników jak rodzaj izolacji pomiędzy blachami, czy siły użytej podczas pakietowania. W artykule przedstawiono proste doświadczenie, które wspomagane programem do obliczeń termicznych, pozwala na wyznaczenie parametrów przewodności cieplnych pakietu blach elektrotechnicznych. Doświadczenie polega na jednostronnym ogrzewaniu próbki w postaci pakietu blach i monitorowaniu rozkładu temperatury. Modelując to doświadczenie w programie do analiz termicznych i kalibrując model obliczeniowy wynikami eksperymentu wyznaczano wartość przewodności cieplnej pakietu blach w dwóch prostopadłych kierunkach

The efficency analysis of varius structural solutions of the wheel motor cooling system

The analysis of the performance of various structural solutions of the cooling system for the in wheel car motor is presented in the work. The analysis was conducted on the prepared spatial calculation models using the CFD software. The maximum motor temperature for various solutions of the stator suport structure and for different shapes of the water jacket channel was determined as a result of simulation. The analysis for a steady state with constant losses corresponding to the S1 motor operation point and the constant flow of the cooling medium was carried out. The calculations were made by building separate discrete models for each analyzed case. The information how the structural changes affect the efficiency of the cooling system and how to improve the prototype of the in wheel car motor was given as a result of conducted thermal simulations.Praca prezentuje analizę wydajności różnych rozwiązań konstrukcyjnych układu chłodzenia silnika do zabudowy w kole pojazdu. Analiza została przeprowadzona na przygotowanych przestrzennych modelach obliczeniowych z wykorzystaniem narzędzia do obliczeń CFD. W wyniku przeprowadzonych badań symulacyjnych określono maksymalną temperaturę silnika dla różnych rozwiązań konstrukcji nośnej stojana oraz dla różnych kształtów kanału płaszcza wodnego. Analizy dokonano dla stanu ustalonego przy stałych stratach odpowiadających pracy S1 silnika, oraz stałym przepływie medium chłodzącego. Obliczenia przeprowadzono budując osobne modele dyskretne dla każdego analizowanego przypadku. Przeprowadzone badania symulacyjne pokazały w jaki sposób dane zmiany konstrukcyjne wpływają na efektywność układu chłodzenia i posłużą do doskonalenia prototypu silnika do zabudowy w kole pojazdu

CFD Numerical Analysis of the Electrical Machines' Cooling System - Experimental Verification. Part I

The numerical CFD analysis of the external fan cooling system of electrical motor is presented in the paper. The digital 3D model of the real air cooling system of electrical motor was designed. The cooling system's efficiency was calculated. Numerical computation for several rotational speeds were realized. At the same time the laboratory measurements of the real model of electrical motor were carried out. The measurements were conducted by two methods: by Thomas cylinder (calometric measurement principle) and by hotwire anemometer (average velocity principle). On the basis of experimental results the capabilities of CFD numerical analysis of electrical motor’s external fan cooling system were verified. The comparison of the thermal and flow experimental results of the water cooling system with the numerical analysis results will be shown in future publication.W artykule przedstawiono analizę numeryczną CFD układu chłodzenia silnika z przewietrznikiem własnym. Zamodelowano w programie 3D układ chłodzenia maszyny o wzniosie 90 i przeprowadzono symulację numeryczną jego wydajności dla różnych prędkości obrotowych. Równocześnie wykonano badania laboratoryjne rzeczywistego modelu. Badania przeprowadzono dwoma metodami: za pomocą walca Thomasa (metoda kalorymetryczna) oraz przy użyciu termoanemometru. Na ich podstawie zweryfikowano możliwości analizy CFD maszyn chłodzonych za pomocą przewietrznika. W kolejnej części artykułu zostanie przedstawiona weryfikacja doświadczalna numerycznej analizy wodnego systemu chłodzenia

The use of a laser rangefinder to measure trees – accuracy analysis

W artykule przedstawiono wyniki oceny przydatności dalmierza LaserAce 300 do pomiaru położenia (odległości poziomej i azymutu) oraz wysokości drzew w drzewostanach. Pomiary kontrolne realizowano w dwóch wariantach - gdy przyrząd był zamocowany na tyczce lub „z ręki”. Obiektami pomiarów były drzewa oraz elementy elewacji budynków. Ocenę dokładności (powtarzalności) wyników oparto na dwukrotnym pomiarze analizowanych wielkości. Różnice spostrzeżeń uznano za błędy prawdziwe różnic, na podstawie których obliczono wielkości będące miarami dokładności pomiarów - błąd średni różnicy dwóch pomiarów, błąd średni jednego pomiaru oraz błąd średni wyniku z poszczególnych par, tj. błąd średniej arytmetycznej. Najlepsze dokładność określenia odległości, azymutu oraz wysokości drzew, uzyskano w wariancie pomiarów prowadzonych z tyczki. Osiąganą dokładność przy pomiarach „z ręki”, również można uznać za zadowalającą z punktu widzenia potrzeb dokumentowania lasu na powierzchniach próbnych.Te paper presents results of the assessment of usefulness of the LaserAce 300 to measure position (horizontal distance and azimuth) and height of trees in stands. Test measurements were made in two variants – with the instrument mounted on a pole and „from hand”. Trees and elements of building elevation were measured. The assessment of accuracy (repeatability) of results was based on two measurements of the objects analyzed. Differences in observations were considered as true errors of the differences and on this basis measurement accuracy was estimated. Measurements made from a pole were of higher accuracy. However, the accuracy achieved in case of measurements „from hand” may be also considered satisfactory from the point of view of the needs of forest documentation for test areas