Bachelor's Thesis

Synchronous motors and their current use

Final Thesis 5.53 MB Appendix 10.35 MB

Author of thesis: Libor Šaman

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Světlík

Reviewer: doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D.

Abstract:

With the current availability of frequency converters, the use of synchronous motors is expanding. Previously, it was almost exclusively generators. The work describes the individual types of synchronous machines, the differences between them. And the areas in which they are used. At the same time, it tries to bring forward trends in the electrification of transport.

Keywords:

Synchronous machines, design, permanent magnets, highspeed machines, model in Maxwell

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval bakalářskou práci na téma Synchronní motory a jejich současné využití. Student prezentoval druhy rotorů synchronních strojů a popsal jejich konstrukční uspořádání. Dále shrnul využití tohoto typu motoru. Dále provedl porovnání jednotlivých rotorů a shrnul jejich výhody a nevýhody. Popsal model vytvořený v prostředí Ansys Maxwell a uvedl jeho parametry. Prezentoval výsledky simulací a popsal je. Student odpověděl na otázky oponenta a komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Bušov, CSc. (člen)
Ing. Petr Huták, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Světlík

Student Libor Šaman zpracoval bakalářskou práci na téma „Synchronní motory a jejich současné využití“. V teoretické části se věnoval přehledu současných trendů elektrifikace dopravy a popisu jednotlivých typů synchronních strojů. Na získané poznatky navázal elektromagnetickým návrhem a analýzou vysokootáčkového synchronního motoru s permanentními magnety.

Praktická část byla realizována v prostředí Ansys Maxwell metodou konečných prvků. Student vytvořil 2D transientní model stroje a provedl analýzu rozložení magnetického pole, indukovaného napětí, elektromagnetického momentu a ztrátových výkonů. Součástí práce bylo rovněž vyhodnocení účinnosti navrženého stroje a analytický výpočet rozptylové indukčnosti.

Student při řešení postupoval samostatně, práci pravidelně konzultoval a prokázal dobrou orientaci v problematice elektrických strojů. Současně prokázal schopnost efektivně využívat simulační prostředí Ansys Maxwell a zpracovávat výsledky pomocí programu MATLAB. Zadání práce bylo splněno v plném rozsahu a dosažené výsledky odpovídají požadavkům kladeným na bakalářskou práci. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Student se zabýval synchronními motory, jejich využitím a tvorbou modelu PMSM v programu Ansys.
První kapitola popisuje konstrukci synchronních strojů, ve druhé kapitole je provedena rešerše různých typů těchto strojů. Ve třetí kapitole jsou popsány různé druhy současného využití. Tato teoretická část je zpracována na 24 stranách. Ve zbylé části student na 15 stranách popisuje přípravu modelu konkrétního zadaného motoru v programu Ansys a dosažené výsledky.
Práce má velmi široký záběr, což se bohužel často projevuje na kvalitě a přesnosti zpracování jednotlivých témat. Některá konstatování v rešeršní části jsou nejasná. Na druhou stranu, autor je student bakalářského studijního programu a právě zpracování rešerše vyžaduje velkou zkušenost a hlubokou výchozí znalost problematiky, neboť není jednoduché ve zkratce vystihnout u jednotlivých popisovaných případů podstatu a vymezit jasně a správně odlišnosti mezi nimi. Jedná se tedy o obtížný úkol, který student v rámci své bakalářské práce musel zvládnout.
Student dále vytvořil elektromagnetický model zadaného vysokootáčkového synchronního motoru s permanentními magnety na povrchu rotoru. Patrně vyšel ze zadané geometrie stroje, než že by motor přímo navrhoval, nicméně návrh motoru ani není součástí zadání. Následně jsou představeny výsledky simulací a dopočítány některé další veličiny.
Práce je logicky strukturovaná, obsahuje řadu odkazů na literaturu. Vyskytuje se větší množství nepřesností a nejasných formulací (např. „Nejpoužívanější vinutí je podle [17] třífázové; jedná se o minimální počet cívek pro vytvoření točivého magnetického pole.“; u NdFeB magnetu: „Nevýhodou je vyšší hmotnost a náchylnost k vysokým teplotám.“; o BLDC motoru: „Konstrukčně se jedná o stroje s permanentními magnety, napájené stejnosměrným napětím, případně také obdelníkovými pulsy.“). Vyskytují se také odchylky od standardního značení (např.  p se standardně značí počet pólových dvojic, ne pólů). Rovnice od kapitoly 4 již nejsou číslovány. Některé uvedené rovnice nejsou správné, např.: rovnice (1.6), (1.7).
Zadání bakalářské práce bylo úspěšně splněno a práci doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Str. 12 – Jaký je minimální počet fází pro vytvoření kruhového točivého magnetického pole? Co musí být splněno?
  2. Str. 19 – Nakreslete a vysvětlete momentovou charakteristiku synchronního stroje.
  3. Str. 22 – Vysvětlete tvrzení „Další problém spojený s vysokootáčkovou aplikací těchto strojů může být indukce zpětného elektromagnetického napětí. Toto zpětné napětí může ohrozit stejnosměrný obvod frekvenčního měniče, konkrétně může vést k poškození použitých kondenzátorů [34].“
  4. Str. 40, Obr. 4.4 – Vysvětlete veličinu „Napětí ve vzduchové mezeře“
  5. Str. 43 – Je vypočten celkový objem mědi, a tedy celkové ztráty v mědi, nebo jen objem mědi jedné cívky?
  6. Str. 43 – V rovnici pro výpočet proudové hustoty postrádám počet vodičů v drážce. Nechybí tam?
  7. Str. 50 - Odpovídá fázorový diagram modelu? Jaký máte v modelu posun mezi U0 a Is?
Points proposed by reviewer: 70

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová