Realizowane w ramach zadania prace mają na celu określenie szczegółowych ograniczeń w odniesieniu do optymalizowanych napędów wentylatorów i pomp kopalnianych. Zgodnie z celem głównym projektu, kryterium optymalności będzie zużycie energii w trakcie eksploatacji. Ze względu na eksploatację rozpatrywanych napędów w trudnych warunkach środowiskowych uwzględniane również będą bezpieczeństwo obsługi i niezawodność maszyn. Zadanie będzie realizowane przez Zespół Politechniki Wrocławskiej. W ramach zadania realizowane będą wymienione niżej badania.

1. Opracowanie zestawu parametrów i funkcji, stanowiących warunki ograniczające w procesie optymalizacji napędów wentylatorów kopalnianych. Przykładowe parametry środowiskowe to temperatura, wilgotność i zapylenie otoczenia. Funkcją ograniczającą może być np. wymagana charakterystyka obciążenia i jej zakres.
2. Opracowanie zestawu parametrów i funkcji, stanowiących warunki ograniczające w procesie optymalizacji napędów pomp kopalnianych. Przykładowymi parametrami środowiskowymi mogą być temperatura, wilgotność i skład chemiczny powietrza. Parametrami eksploatacyjnymi mogą być: współczynnik mocy i sprawność całego układu napędowego. Funkcją ograniczającą mogą być np. charakterystyki rozruchowe.
3. Zebranie danych dotyczących wartości parametrów i funkcji ograniczających dla napędów wentylatorów, których zestaw będzie wynikiem badań w punkcie A. Praca będzie realizowana częściowo w kopalniach podziemnych. Przewiduje się opracowanie zestawu danych dotyczących napędów wentylatorów kopalnianych na podstawie badań procesu technologicznego w 3 kopalniach.
4. Zebranie danych dotyczących wartości parametrów i funkcji ograniczających dla napędów pomp, których zestaw będzie wynikiem badań w punkcie B. Prace będą częściowo prowadzone w kopalniach. Przewiduje się opracowanie zestawu danych dotyczących napędów pomp kopalnianych na podstawie badań w 3 kopalniach.
5. Opracowanie zasad i przeprowadzenie szczegółowej klasyfikacji napędów wentylatorów i pomp z uwagi na warunki, charakter i bezpieczeństwo pracy. W klasyfikacji uwzględnione będą również wymagania dotyczące regulacji prędkości i rodzaju pracy (praca ciągła, przerywana lub dorywcza).

Poszukiwanie nowych struktur maszyn elektrycznych do napędów kopalnianych zdeterminowane jest postawionym celem, a mianowicie uzyskaniem napędów energooszczędnych i niezawodnych. Uzyskanie silników napędowych o sprawności większej niż sprawność obecnie stosowanych energooszczędnych silników indukcyjnych wymaga użycia w ich strukturach nowoczesnych materiałów, a w szczególności magnesów trwałych. Ponadto silniki powinny być przystosowane do zmiennego trybu pracy wentylatorów i pomp, czyli umożliwiać skokową lub ciągłą regulację prędkości obrotowej, pozwalającą na racjonalizację zużycia energii. Niezawodność silników powinna być nie mniejsza niż silników indukcyjnych, co oznacza możliwie najprostszą konstrukcję poszukiwanych nowych struktur maszyn. W ramach zadania realizowanego przez Zespół Politechniki Wrocławskiej wykonane będą wymienione niżej prace.

1. Opracowanie wysokosprawnych konstrukcji silników wzbudzanych magnesami trwałymi przeznaczonych do rozruchu bezpośredniego wentylatorów i pomp o odpowiednich dla tych urządzeń charakterystykach rozruchowych i eksploatacyjnych. Obliczeniowa weryfikacja (komercyjnym oprogramowaniem polowo-obwodowym) zasadności konstrukcji i jej podstawowych właściwości eksploatacyjnych.
2. Opracowanie konstrukcji i obliczeniowe, polowo-obwodowe badania dwubiegowych silników o przełączalnych uzwojeniach stojana, wzbudzanych magnesami trwałymi. Rozważone będą silniki jedno- i trójfazowe, oraz silniki przełączane z pracy trójfazowej na pracę jednofazową. Poszukiwane będą rozwiązania konstrukcyjne zapewniające wysoką sprawność i zwiększające moment rozruchowy dla obu prędkości obrotowych.
3. Opracowanie konstrukcji i badania symulacyjne silników z magnesami trwałymi do zasilania z przekształtników energoelektronicznych. Poszukiwane będą rozwiązania konstrukcyjne i materiałowe ograniczające straty mocy w maszynie, tak by silnik o regulowanej płynnie prędkości stanowił wraz z przekształtnikiem układ wysokosprawny.
4. Obliczeniowe badania nowych struktur materiałowych (np. kompaktowy wirnik hybrydowy, magnesy hybrydowe) w zastosowaniu do maszyn wymienionych w pkt. A, B, C ze względu na ich przydatność do budowy silników wysokosprawnych.

Zadanie będzie Realizowane przez Zespół Politechniki Wrocławskiej. Na podstawie danych uzyskanych z polowych obliczeń projektowych i optymalizacyjnych zostaną wykonane modele prototypowe maszyn napędu wentylatorów i pomp kopalnianych.

Technologia ich wykonania musi uwzględniać specyficzne właściwości materiałów użytych do budowy silników i zapewnić, że właściwości te nie ulegną pogorszeniu na skutek procesów technologicznych. Na przykład właściwości magnetyczne stali elektrotechnicznej mogą się lokalnie pogorszyć w trakcie laserowego wykrawania blach na rdzenie magnetyczne, magnesy trwałe mogą zostać rozmagnesowane po przekroczenia temperatury Curie, podczas odlewania aluminiowego uzwojenia klatkowego. Opracowanie technologii budowy silników elektrycznych o nowatorskiej strukturze musi być uzupełnione pracami badającymi skutki zastosowanych rozwiązań materiałowych i montażowych. W ramach zadania zostaną wykonane opisane niżej badania naukowe.

1. Opracowanie technologii produkcji silników wzbudzanych magnesami trwałymi, z klatką rozruchową, przeznaczonych do rozruchu bezpośredniego wentylatorów i pomp.
2. Opracowanie technologii produkcji dwubiegowych silników o przełączalnych uzwojeniach stojana, wzbudzanych magnesami trwałymi
3. Opracowanie technologii produkcji silników przystosowanych do rozruchu częstotliwościowego i pracy z regulowaną prędkością obrotową.
4. Opracowanie technologii mechanicznego mocowania magnesów: a) poprzez wsuwanie w rdzeń magnetyczny i b) poprzez docisk w obszarach czołowych i zakleszczanie się w wyniku lokalnych sił elektromagnetycznych.
5. Opracowanie technologii produkcji kompaktowych wirników hybrydowych, wykonanych z trzech typów materiałów proszkowych: dielektromagnetyku miękkiego pełniącego rolę rdzenia ferromagnetycznego, materiału magnetycznie twardego wzbudzającego pole magnetyczne i materiału elektrycznie przewodzącego. Wirniki takie będą przeznaczone dla maszyn opisanych w pkt. A, B, C.
6. Opracowanie technologii produkcji wirników silników z hybrydowymi magnesami trwałymi przeznaczonych dla maszyn opisanych w pkt. A, B, C.

Zadanie będzie Realizowane przez Zespół Politechniki Wrocławskiej. Na podstawie dokumentacji technicznej wykonane zostaną 3 modele fizyczne silników z dodatkowymi, zróżnicowanymi konstrukcją i materiałami, wirnikami. Skala modeli umożliwi ocenę właściwości eksploatacyjnych danego typu silnika. Zbudowane modele silników zostaną zbadane w laboratoriach Politechniki Wrocławskiej. Pomiarowo wyznaczone zostaną statyczne charakterystyki eksploatacyjne maszyn oraz dynamiczne charakterystyki rozruchowe. Wyznaczone zostaną również ich charakterystyki cieplne (krzywe nagrzewania uzwojeń i elementów konstrukcyjnych), a na ich podstawie i wytrzymałości cieplnej materiałów izolacyjnych i magnetycznych zostanie określona moc znamionowa. Dla mocy znamionowej zostanie wyznaczona znamionowa sprawność i znamionowy współczynnik mocy. Badania laboratoryjne zweryfikują poprawność idei nowych struktur silników napędowych, poprawność zastosowanych metod projektowania i optymalizacji oraz potwierdzą możliwość uzyskania założonych parametrów eksploatacyjnych. Dla realizacji tych celów w omówionym zakresie zostaną wykonane niżej wymienione badania silników modelowych.

1. Badania eksperymentalne modelowego wysokosprawnego silnika prądu przemiennego wzbudzanego magnesami trwałymi i z rozruchem przez bezpośrednie włączenie napięcia.
2. Badania eksperymentalne modelowego silnika dwubiegowego o przełączalnych uzwojeniach stojana i z rozruchem bezpośrednim, wzbudzanego magnesami trwałymi.
3. Badania eksperymentalne modelowego silnika z magnesami trwałymi do zasilania z przekształtników energoelektronicznych.
4. Badania silników wymienionych w pkt. A z alternatywnymi wirnikami hybrydowymi.