SILNIKI TRAKCYJNE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI nowa jako napdów trakcyjnych. Badawczo-Rozwojowy Maszyn Elektrycznych KOMEL

Transkrypt

1 SILNIKI TRAKCYJNE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI nowa jako napdów trakcyjnych dr r in.. Jakub Bernatt Branowy OrodekO Badawczo-Rozwojowy Maszyn Elektrycznych KOMEL

2 Wiele napdów elektrycznych wymaga szerokiej regulacji prdkoci obrotowej. Najlepiej nadajcym si do tego celu od dawien dawna był silnik prdu stałego. Jednak jego wady spowodowały koniecznoposzukiwa innych napdów o płynnej regulacji prdkoci obrotowej. W zwizku z tym od kilkunastu lat nawiecie w napdach elektrycznych klasyczne silniki prdu stałego coraz powszechniej wypierane s przez silniki indukcyjne zasilane z przekształtników energoelektronicznych. Aktualnie w najnowszychwiatowych rozwizaniach napdów elektrycznych stosowane s nowoczesne silniki z magnesami trwałymi.

3 Silniki bezszczotkowe z magnesami trwałymi ł ł ł ł łł ł ł

4 Podstawowe cechy i zalety Silników bezszczotkowych z magnesami trwałymi (1) W miejsce komutatora mechanicznego zastosowano komutator elektroniczny ; Wysza sprawno w stosunku do silników indukcyjnych i silników prdu stałego; Znacznie wiksze gstoci mocy w stosunku do silników indukcyjnych i silników prdu stałego (moliwo obnienia wymiarów gabarytowych i masy urzdzenia lub zwikszenia mocy bez zwikszania gabarytu); Wysoki współczynnik przecialnoci momentem (nawet kilkukrotno momentu znamionowego); Polepszony współczynnik mocy cos ϕ w stosunku do silników indukcyjnych (dziki ograniczeniu prdu magnesujcego pobieranego z sieci magnesowanie maszyny zapewniaj głównie magnesy trwałe);

5 Podstawowe cechy i zalety silników bezszczotkowych z magnesami trwałymi (2) Wysoka trwało i niezawodno, zwłaszcza w stosunku do silników prdu stałego dziki wyeliminowaniu komutatora mechanicznego (uproszczenie procedur eksploatacyjnych, skrócenie czasów przestojów na przegldy i remonty, obnienie kosztów eksploatacyjnych); Doskonałe parametry regulacyjne i dynamiczne (liniowa zaleno momentu na wale od prdu zasilania, moliwe due przypieszenia ktowe dziki niskim momentom bezwładnoci i wysokiej przecialnoci momentem); Przy odpowiednio zaprojektowanej aplikacji, silniki z magnesami mog pracowa jako hamulec elektromagnetyczny dynamiczny i statyczny.

6 Przykład zastosowania silników Z uwagi na postpujc degradacj silników trakcyjnych prdu stałego do lokomotyw kopalnianych, których produkcj zaniechano ju ponad 10 lat temu, BOBRME KOMEL wychodzc naprzeciw zapotrzebowaniu rynkowemu na tego typu maszyny, zaprojektowałi wykonałsilniki elektryczne z magnesami trwałymi do trakcji kopalnianej. Jest to silnik z tzw. sterowaniem sinusoidalnym. Projekt i wykonanie układu sterowania zrealizowała firma ENEL. Dotychczas w trakcji elektrycznej w podziemiach polskich kopal stosowano tradycyjne silniki prdu stałego. Silniki te maj wiele mankamentów: stosunkowo nisk sprawno zwikszone koszty eksploatacyjne; komutator mechaniczny dua uciliwo obsługi, konieczno czstych przestojów, wysokie koszty obsługi i utrzymania w ruchu.

7 Główne załoenia projektowanego silnika z magnesami trwałymi jako zamiennika do silnika prdu stałego typu!"#$ "#$: identyczne wymiary montaowe; zasilanie silnika dostpnym napiciem na dole kopalni (napicie stałe 250V); silnik z chłodzeniem konwekcyjnym; reim pracy S1 i S2-60 min; parametry eksploatacyjne silnika nie gorsze, ni w silniku LDa327a; moc zwikszona o 40% w stosunku do silnika LDa327a

8 Porówanie parametrów silnika LDa327a i nowoprojektowanego PMPG250L Moc znamionowa Napicie zasilania Sprawno Prdko obrotowa Silnik LDa 327 Praca S1 Praca S2-60 min. Silnik PMPg 250 Praca Praca S1 S2-60 min. kw U * 250* % obr/ min

9 Silnik PMPg250L

10 Stojan uzwojony silnika PMPg250L

11 Wirnik silnika PMPg250L Biegun Biegunmagnetyczny magnetycznyprzed nałoeniem nałoeniem warstwy warstwy zabezpieczajcej zabezpieczajcej magnesy magnesy

12 Wntrze komutatora elektronicznego- wersja prototypowa

13

14 Porównanie podstawowych parametrów silników trakcyjnych LDa 327a i PMPg250L (wyniki bada laboratoryjnych)!"#$ % &'#( % #')( η&'*+, η#'*$, +)( - %%#(. % &'"" % #'+. η&' &'/#( /#(, η#'/ #'/(, ($# 0!"#$1 2

15 M ( *5)[Nm] I ( *3)[A] P1 ( / 2)[kW] eta [%] cosf ( / 100) P2[kW] 3&.*. &.*. 4

16 n [obr/min] M [Nm] 0 13:54:30 13:55:00 13:55:30 13:56:00 13:56:30 13:57:00 13:57:30 13:58:00 13:58:30 13:59:00 13:59:30 14:00:00 14:00:30 14:01: n [o b r/m in ] *1 0 M [Nm ] % 13:18:20 13:18:30 13:18:40 13:18:50 13:19:00 13:19:10 13:19:20 13:19:30 13:19:40 13:19:50 13:20:00 13:20:10

17 Zwikszenie prdkoci obrotowej silnika z 1500 do 2250 obr/min Na skutek przeoczenia koordynatora projektu po wykonaniu 3 silników w okazało o si, e e maksymalna prdko dko obrotowa ma wynosi nie 1500 obr/min, ale 2250 obr/min prdko dko obrotowa silnika zaley y tylko od wartoci napicia zasilania przyłoonego onego na jego zaciski. Silniki projektuje si tak, aby projektowan prdko dko maksymaln uzyska dla maksymalnego dostpnego napicia zasilania. projektanci zostali postawieni w bardzo trudnej sytuacji. Poniewa napicie zasilania nie mogło o by podniesione, projektanci do zwikszenia prdko dkoci obrotowej teoretycznie mogli wybra jedn z nastpuj pujcych dróg postpowania: powania:

18 zmiana danych nawojowych silnika poprzez zmniejszenie iloci zwojów - wymaga wymiany uzwojenia, rozwizanie zanie kosztowne, ale co wicej, w omawianym silniku niemoliwe do wykonania z uwagi na bardzo mał liczb zwojów zmiana danych nawojowych poprzez zmian liczby łobk obków- wymaga wymiany całej cz ci czynnej stojana rozwizanie zanie bardzo kosztowne zmiana układu połcze cze z gwiazdy (Y) na trójk jkt t (D)- dla silników w z magnesami trwałymi umieszczonymi w wirniku rozwizanie zanie stosunkowo tanie, ale nie polecane, z uwagi na wystpowanie 3-harmonicznej 3 prdu w uzwojeniu stojana zastosowanie metody osłabiania strumienia pola magnetycznego pochodzcego cego od magnesów rozwizanie zanie nie stosowane do tej pory w silnikach o tak duej mocy znamionowej oraz w przypadku umieszczenia magnesów w na powierzchni wirnika.

19 Zastosowanie metody osłabiania strumienia magnetycznego M ( *2)[Nm] I ( *3)[A] P1 ( / 2)[kW] eta [%] cosf ( / 100) P2[kW]

20 PODSTAWOWE PARAMETRY TECHNICZNE SILNIKA TRAKCYJNEGO PMPg250L Rodzaj pracy S2-60min S1 S2-60min Moc znamionowa P N 60 kw 33 kw 33 kw Napicie zasilania U N 250 V 250 V 250 V Czstotliwo f N 72 Hz 100 Hz 173 Hz Prd znamionowy I N 380 A 175 A 350 A Współczynnik mocy cosϕ ,95 0,95 Sprawno η 95 % 92.5 % 83 % Prdko obrotowa n N [1/min] Moment znamionowy T N 530 Nm 210 Nm 140 Nm Moment maksymalny T MAX 620 Nm 620 Nm 210 Nm Moment bezwładnoci wirnika J M 1,85 kgm 2 Masa 572 kg

21 Głównym obszarem zastosowa silników z magnesami trwałymi s napdy o regulowanej prdkoci obrotowej. Sama zamiana silnika indukcyjnego na silnik z magnesami trwałymi wydaje si nie celowa (pomimo znacznie wyszej sprawnoci silnika z magnesami), ze wzgldu na znaczny koszt inwestycyjny (komutator elektroniczny). Koszt komutatora elektronicznego ~ koszt falownika. Czyli rozway naley: - czy stosowa silnik indukcyjny z falownikiem, - czy silnik z magnesami z komutatorem elektronicznym.

22 Produkowany seryjnie silnik górniczy SGKg250M-4 Dla pokazania moliwoci magnesów, porównalimy parametry istniejcego silnika górniczego z potencjalnym jego nastpc silnikiem z magnesami.

23 Porównanie parametrów eksploatacyjnych silnika górniczego SGKg250M-4 z silnikiem z magnesami trwałymi jaki moe wkrótce powsta Typ silnika SGKg250M-4 PMP Moc znamionowa P N 85 kw ~110 kw Napicie zasilania U N 1000 V 1000 V Czstotliwo f N 50 Hz 50 Hz Prd znamionowy I N 62 A 75 A Współczynnik mocy cosϕ 0,84 0,95 Sprawno η 93.9 % ~97 % Prdko obrotowa n N 1475 obr/min obr/min. Moment znamionowy T N 550 Nm 700 Nm Chłodzenie wod Masa Q=12 l/min, 30 o C 685 kg

24 WNIOSKI (1) ł ł ł 5 ł! ł "

25 Obecnie pracujemy nad silnikami: " #$% #$%& &#%

26 Obecnie pracujemy nad nowymi silnikami: & #$!% #$!%& &#%