poniedziałek, 15.10.2018 - tydzień (P)arzysty
logoPolSl100logoRE100
Wydział Elektryczny

Przewody doktorskie prowadzone na Wydziale Elektrycznym Politechniki Śląskiej

 
t zkowalik doktora
Tytuł:
Opracowanie metod pomiarowej identyfikacji parametrów hamiltonowskiego modelu matematycznego przetwornika elektromechanicznego umożliwiających jego zastosowanie w układzie sterowania synchronicznego silnika reluktancyjnego SynRM
Doktorant:
Zygmunt Kowalik
Promotor:
dr hab. inż. Wojciech Burlikowski
Promotor pomocniczy:
dr inż. Grzegorz Kłapyta
Recenzenci:
dr hab. inż. Mariusz Jagieła, prof. Pol. Opol. - Politechnika Opolska
dr hab. inż. Dorota Stachowiak - Politechnika Poznańska
Dziedzina nauk technicznych. Dyscyplina naukowa:
elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
  
Data nadania stopnia:
Streszczenie:

Synchroniczna maszyna reluktancyjna (SynRM) to typ bezszczotkowej maszyny synchronicznej, w której cały wytwarzany elektromagnetyczny moment siły jest momentem reluktancyjnym. Do zalet takiej maszyny można zaliczyć wysoką sprawność oraz dobry stosunek wytwarzanej mocy mechanicznej oraz wartości momentu elektromagnetycznego do jej masy. Jedną z wad maszyny jest nasycanie się jej magnetowodu nawet w warunkach pracy nominalnej, co utrudnia jej sterowanie.

Celem pracy było wykazanie, że system sterowania maszyny SynRM może być oparty na jej modelu matematycznym wyrażonym z użyciem formalizmu Hamiltona, w którym aproksymacja wektorowej funkcji nieliniowej wiążącej wartości prądów płynących w uzwojeniach silnika z wartościami sprzężonych z nimi strumieni magnetycznych, nazywanej charakterystyką strumieniowo-prądową (Rysunek), jest przeprowadzana z użyciem danych pomiarowych. W pracy wykorzystywano metodę zaniku prądu stałego do pomiaru wartości strumieni sprzężonych, a następnie przedstawiono oryginalne algorytmy przetwarzania zarejestrowanych wartości. Algorytmy są przygotowane tak, by umożliwiały odnalezienie tych obszarów przestrzeni prądów i strumieni sprzężonych, w których aproksymowana charakterystyka jest silnie zakrzywiona. W pracy przebadano również niepewności pomiarowe związane ze stosowaną procedurą oraz ich wpływ na dokładność uzyskiwanej aproksymacji. Następnie zaproponowano oryginalny algorytm sterowania maszyny SynRM oparty na jej modelu hamiltonowskim i otrzymanej aproksymacji charakterystyki strumieniowo-prądowej. Algorytm jest algorytmem bezpośredniej kontroli momentu elektromagnetycznego (DTC) i umożliwia szybkie zniwelowanie uchybu regulacji prędkości obrotowej maszyny. Algorytm przebadano symulacyjnie z użyciem komputerowych modeli matematycznych przykładowych maszyn SynRM. W ostatnim etapie badań opracowana procedura pomiarowa oraz algorytm sterowania zaimplementowano w prototypowym układzie napędowym silnika SynRM z wykorzystaniem karty procesorów sygnałowych, a pracę układu przebadano w warunkach zmiennego momentu obciążenia i nastaw prędkości obrotowej.

Wykonane badania wykazały zasadność postawionej tezy. Mimo tego, że w algorytmie sterowania wykorzystywano aproksymację, której błąd względny można oceniać na ok. 9%, a dane, na której była ona oparta obarczone były względną niepewnością pomiarową równa ok. 8%, jakość regulacji prędkości obrotowej w stanach dynamicznych można oceniać jako zadowalającą. Pokazano też, że zmniejszanie błędu aproksymacji poniżej wspomnianej wartości nie skutkuje znaczącą zmianą w pracy układu napędowego. W stanie ustalonym osiągany punkt pracy maszyny był nieoptymalny pod względem sprawności, co można traktować jako wadę przedstawionego algorytmu sterowania. Poprawa pracy algorytmu w stanie ustalonym może być przedmiotem dalszych badań.

t Mbaranski doktora
Tytuł:
Diagnostyka drgań w maszynach elektrycznych z magnesami trwałymi wykorzystująca sygnały własne
Doktorant:
Marcin Barański
Promotor:
dr hab. inż. Jakub Bernatt, prof. KOMEL
Promotor pomocniczy:
dr inż. Artur Polak
Recenzenci:
prof. dr hab. inż. Sławomir Szymaniec - Politechnika Opolska - recenzja 
dr hab. inż. Mariusz Korkosz, prof. Pol. Rzesz. - Politechnika Rzeszowska - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych. Dyscyplina naukowa:
elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
  
Data nadania stopnia:
Streszczenie:

Diagnostyka drganiowa bazuje głównie na pomiarach przy użyciu dedykowanej do tego celu skomplikowanej i kosztownej aparatury. Przy drganiach przekraczających wartości dopuszczalne według norm i instrukcji eksploatacji zarejestrowany sygnał drganiowy należy rozłożyć na składowe w celu zidentyfikowania przyczyny powstałych drgań. Mierząc drgania trzeba zwracać uwagę na poprawne zamontowanie czujnika do maszyny, co często stwarza problemy, gdyż maszyna fabrycznie jest rzadko do tego celu przystosowana. Sposób montażu czujnika pomiarowego wpływa na zakres przenoszonego pasma częstotliwości sygnału pomiarowego. Dodatkowo należy zwracać szczególną uwagę na separację obwodu pomiarowego od wszelkiego rodzaju zakłóceń, które mogą spowodować nieprawidłowe wskazania aparatury pomiarowej. Napędy, w skład których wchodzą maszyny z magnesami trwałymi, są często zamontowane w miejscach trudno dostępnych dla diagnosty (elektrownie wiatrowe, małe elektrownie wodne, silniki pojazdów elektrycznych) i bezpośredni pomiar drgań czujnikami elektromechanicznymi jest często niemożliwy. Zachodzi, więc potrzeba użycia innego sposobu oceny drgań tych maszyn bez konieczności stosowania czujników elektromechanicznych.
Podstawowym celem pracy było opracowanie metody diagnostyki drganiowej napędów z maszynami wzbudzanymi magnesami trwałymi, której założeniem jest wykorzystanie sygnałów własnych maszyny (natężenie prądu, napięcie) jako sygnał diagnostyczny oraz wyeliminowanie czujnika drgań i aparatury drganiowej w aplikacjach przemysłowych i laboratoryjnych.
Na podstawie analizy tematu stwierdzono podobieństwo budowy maszyny z magnesami trwałymi (PM) do budowy czujnika elektrodynamicznego, służącego do pomiaru drgań. Na podstawie badań z wykorzystaniem stołu wibracyjnego autor udowodnił, że istnieje możliwość wykorzystania maszyny z magnesami trwałymi jako czujnik drgań do analizy problemów, z którymi można się spotkać w normalnej eksploatacji napędów elektrycznych. Praca zawiera analizę kilku przypadków zaburzeń pracy maszyn z magnesami trwałymi spotykanych podczas ich normalnej eksploatacji:
•    asymetria obciążenia generatora PM,
•    asymetria zasilania silnika PM,
•    asymetria szczeliny powietrznej w pracy generatorowej oraz silnikowej maszyny PM,
•    niewyważenie generatora oraz silnika PM.

    Symulacje komputerowe zostały wykonane przy pomocy programu Ansys Maxwell na dwuwymiarowych modelach polowo – obwodowych wykorzystując Metodę Elementów Skończonych (MES). Ich wyniki są zbieżne z wynikami badań laboratoryjnych przeprowadzonych na specjalnie do tego celu zbudowanym stanowisku. Wyniki obliczeń oraz badań przedstawiono dla 5 różnych maszyn z magnesami trwałymi.
Uzyskane rezultaty pozwoliły na opracowanie autorskiej metody wykrywania zwiększonego poziomu wibracji w maszynach z magnesami trwałymi, która bazuje na analizie częstotliwościowej sygnałów własnych maszyny. Opracowane zostały również markery częstotliwościowe dla poszczególnych rozpatrywanych stanów zaburzeniowych w maszynach z magnesami trwałymi.

Rozprawy doktorskie Wydziału Elektrycznego
Tytuł:
Analiza wybranych probabilistycznych elementów planowania rozwoju sieci przesyłowej
Doktorant:
Wojciech Lubicki
Promotor:
dr hab. inż. Maksymilian Przygrodzki
Recenzenci:
prof. dr hab. inż. Marian Sobierajski - Politechnika Wrocławska - recenzja 
dr hab. inż. Piotr Miller, prof. Pol. Lub. - Politechnika Lubelska - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych. Dyscyplina naukowa:
elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
14 listopada 2017 r.    (zaproszenie )
Data nadania stopnia:
14 listopada 2017 r.
Streszczenie:
Celem rozprawy jest nowe, metodyczne ujęcie procesu planowania rozwoju sieci przesyłowej uwzględniającego elementy probabilistyczne, w tym także przeanalizowanie metod obliczania probabilistycznego rozpływu mocy, pod kątem możliwości jego implementacji w warunkach krajowych. Cel ten sformułowano na podstawie przeglądu krytycznego metod planowania rozwoju sieci przesyłowej. Przeglądem objęto metodykę stosowaną w Polsce, metodyki stosowane w wybranych krajach europejskich i na świecie, a także metodyki scharakteryzowane w raportach CIGRE, w pracach ENTSO-E oraz opracowane w ramach projektów finansowanych przez Unię Europejską. Kraje objęte szczegółową analizą wytypowano na podstawie kryteriów wskazujących na możliwość stosowania elementów probabilistycznych w procesie planowania rozwoju sieci przesyłowej. Powyższy przegląd był także podstawą sformułowania tezy rozprawy wskazującej, że wzrost niedeterministycznych uwarunkowań procesu planowania rozwoju sieci przesyłowej wymaga stosowania modeli probabilistycznych uzupełniających proces planistyczny. Modele te mają umożliwiać podejmowanie racjonalnych decyzji inwestycyjnych. W celu udowodnienia tak postawionej tezy dokonano analizy i oceny wpływu wybranych uwarunkowań na metodykę planowania rozwoju sieci przesyłowej w Polsce. Analiza i ocena została przeprowadzona w zakresie uwarunkowań dotyczących: rynku energii elektrycznej, środowiska naturalnego, technologii wytwórczych, zapotrzebowania na moc i energię elektryczną, dostępności infrastruktury sieciowej (w tym metod symulacyjnych Monte Carlo i LHS), metod obliczania rozpływów mocy, a także uwarunkowań dotyczących podejmowania decyzji inwestycyjnych oraz oprogramowania wspierającego proces analityczny. W zakresie metod obliczania rozpływów mocy krótko scharakteryzowano klasyczne metody deterministyczne, natomiast szerzej przedstawiono i oceniono metody probabilistyczne, w podziale na metody: symulacyjne, analityczne oraz aproksymacyjne. Ponadto zaproponowano modyfikację metody estymacji dwupunktowej (z grupy metod aproksymacyjnych) o uwzględnienie stanów awaryjnych, pojedynczych lub wieloelementowych wyłączeń gałęzi w układzie sieciowym. Przeprowadzone analizy uwarunkowań wraz z ich oceną pozwoliły na nowe, metodyczne ujęcie procesu planowania rozwoju sieci przesyłowej w Polsce uwypuklającego elementy niedeterministyczne. W tym zakresie sformułowano model ogólny procesu, wskazano rozwiązania i procedury realizacyjne oraz przeanalizowano zagadnienie wsparcia narzędziowego. Przykład obliczeniowy procesu planowania rozwoju sieci przesyłowej przeprowadzono na modelu sieci testowej obejmującej 39 węzłów i 50 gałęzi. W procesie planistycznym zastosowano metodę deterministyczną oraz dwie metody probabilistyczne: symulacyjną oraz aproksymacyjną. W metodzie symulacyjnej stany losowe układu sieciowego określano z wykorzystaniem metody LHS, natomiast w metodzie estymacji dwupunktowej uwzględniono proponowaną w rozprawie modyfikację o stany awaryjne sieci. W podsumowaniu dokonano porównania metody deterministycznej oraz probabilistycznej, wskazano na możliwości implementacyjne proponowanego podejścia, w którym jako referencyjne wskazano metody symulacyjne obliczania rozpływu mocy, a także sformułowano obszar potencjalnych dalszych badań naukowych.
Rozprawy doktorskie Wydziału Elektrycznego
Tytuł:
Analiza układów liniowych ułamkowego rzędu
Doktorant:
Agnieszka Jakubowska-Ciszek
Promotor:
prof dr hab. inż. Janusz Walczak
Recenzenci:
dr hab. inż. Maciej Włodarczyk, prof. Pol. Świętokrzyskiej - Politechnika Świętokrzyska - recenzja 
prof. dr hab. inż. Marian Pasko - Politechnika Śląska - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych. Dyscyplina naukowa:
elektronika
Data obrony rozprawy:
17 października 2017 r.    (zaproszenie )
Data nadania stopnia:
24.10.2017 r.
Streszczenie:
W ramach rozprawy doktorskiej przeprowadzono analizę prostych i złożonych obwodów zawierających elementy reaktancyjne ułamkowego rzędu Lβ, Cα. Jest to uogólniona klasa elementów liniowych, dla których zależności pomiędzy prądami i napięciami są opisane pochodną lub całką ułamkowego rzędu. Do elementów tej klasy należą, między innymi, superkondensatory i cewki z miękkimi rdzeniami ferromagnetycznymi. Analiza zjawisk rezonansu fazy i amplitudy w prostych szeregowych i równoległych obwodach klasy RLβCα, została przeprowadzona z wykorzystaniem prostego i złożonego modelu impedancji superkondensatora ułamkowego rzędu. Została opracowana metoda analizy stanów przejściowych w obwodach klasy RCα, RLβ oraz w szeregowych i równoległych obwodach klasy RLβCα. Oryginalnym osiągnięciem pracy są rozwiązania w postaci analitycznej dla wymuszeń stałych, przemiennych, okresowych, prawie okresowych i pewnej klasy wymuszeń dowolnych, których całka splotowa może być obliczona w postaci zamkniętej. Zostało także zaprojektowane i wykonane stanowisko do badań oraz wstępna weryfikacja eksperymentalna zjawisk rezonansowych i stanów nieustalonych w rozpatrywanych w pracy układach klasy RLβCα. Odrębnym zagadnieniem rozprawy doktorskiej stanowiło opracowanie metody syntezy nowych elementów ułamkowego rzędu z użyciem uogólnionego konwertera impedancji GIC i co najmniej jednej impedancji rzędu ułamkowego dołączonej do jego struktury. Przeprowadzono symulacyjne i doświadczalne badania opracowanych elementów ułamkowego rzędu. Zaproponowano także nowy sposób modelowania elementów ułamkowego rzędu w symulatorze PSpice, z wykorzystaniem uogólnionych źródeł sterowanych.