Projektowanie systemów EM. dr inż. Michał Michna

Transkrypt

1 Projektowanie yteów EM dr inż. Michał Michna

2 Rozwój Mazyn Elektrycznych 2 dr inż. Michał Michna

3 Literatura Dąbrowki M.: Projektowanie azyn elektrycznych prądu przeiennego. Warzawa, Wydaw. Nauk. - Techn., Giera J.F.: Mitchell Wing, Peranent Magnet Motor Technology, 2nd ed. Marcel Dekker, Inc, 2002 Giera J.F: Advanceent in Electric Machine. Springer-Verlag Gbh 2008 Hanelan D.: Bruhle Peranent Magnet Motor Deign, 2nd ed. McGraw-Hill, New York, Pyrhönen J., Jokinen T., Hrabovcová V.: Deign of Rotating Electrical Machine Wiley dr inż. Michał Michna

4 Rozwój azyn elektrycznych Przyczyny rozwoju ME Inżynieria ateriałowa Nowe zatoowania Energoelektroniki i etody terowania Wyagania środowikowe/polityczne ochrona środowika, ozczędzanie energii Duże projekty naukowe MEA, HEV/EV, ogniwa paliwowe, budynki inteligentne, bioinżynieria 4 dr inż. Michał Michna

5 Rozwój azyn elektrycznych Mazyny wyokoobrotowe 5 dr inż. Michał Michna

6 Napięcie tałe (DC) Prąd tały (DC) 3-faz. napięcie przeienne (AC) 3-faz. napięcie przeienne (AC) Silnik prądu tałego Napięcie tałe (DC) Silnik ynchroniczny Prąd tały (DC) 3-faz. napięcie przeienne (AC) Silnik aynchroniczny/indukcyjny 3-faz. napięcie przeienne (AC) Silnik prądu tałego z agneai trwałyi 3-faz. napięcie protokątne Silnik ynchroniczny z agneai trwałyi 3-faz. napięcie przeienne (AC) Silnik ynchroniczny reluktancyjny luczowane ekwencyjnie napięcie tałe (DC) Silnik bezzczotkowy prądu tałego z agneai trwałyi i koutatore elektroniczny Silnik bezzczotkowy prądu przeiennego z agneai trwałyi i koutatore elektroniczny Silnik o przełączanej reluktancji z koutatore elektroniczny 6 dr inż. Michał Michna

7 Silnik indukcyjny klatkowy Zalety Prota kontrukcja, Nikie kozty produkcji i ekploatacji Brak koutatora i pierścieni ślizgowych (ilnik bezzczotkowy) Małe tętnienia oentu Wady Mała zczelina powietrzna niki wpółczynnik ocy Nika wydajność przy ałych prędkościach Moent proporcjonalny do kwadratu napięcia zailania Możliwość pękania prętów wirnika Nika prawność, ały wpółczynnik ocy 7 dr inż. Michał Michna

8 Silnik indukcyjny klatkowy Zalety Prota kontrukcja, Nikie kozty produkcji i ekploatacji Brak koutatora i pierścieni ślizgowych (ilnik bezzczotkowy) Małe tętnienia oentu Wady Mała zczelina powietrzna niki wpółczynnik ocy Nika wydajność przy ałych prędkościach Moent proporcjonalny do kwadratu napięcia zailania Możliwość pękania prętów wirnika Nika prawność, ały wpółczynnik ocy 8 dr inż. Michał Michna

9 Silnik bezzczotkowy z MT Zalety Wady Brak zczotek (bezzczotkowa) Dobre przenozenie ciepła i łatwe chłodzenie - źródłe ciepła tojan Więkza zczelina niż w IM i SRM Brak trat wzbudzenia - wyoka prawność Wyoka gętość ocy Wpółczynnik ocy bliki cof=1 Bardzo dobre paraetry dynaiczne Magney trwałe ą wrażliwe na teperaturę, a ty ay paraetry ilnika zależą od teperatury Drożze niż IM i SRM Wyagają układu zailnia i terowania 9 dr inż. Michał Michna

10 Silnik bezzczotkowy z MT Zalety Wady Brak zczotek (bezzczotkowa) Dobre przenozenie ciepła i łatwe chłodzenie - źródłe ciepła tojan Więkza zczelina niż w IM i SRM Brak trat wzbudzenia - wyoka prawność Wyoka gętość ocy Wpółczynnik ocy bliki cof=1 Bardzo dobre paraetry dynaiczne Magney trwałe ą wrażliwe na teperaturę, a ty ay paraetry ilnika zależą od teperatury Drożze niż IM i SRM Wyagają układu zailnia i terowania 10 dr inż. Michał Michna

11 Silnik bezzczotkowy z MT Silniki z agneai trwałyi outatorowe ilniki prądu tałego Silniki bezzczotkowe Silniki kokowe Bezzczotkowe ilniki prądu tałego Bezzczotkowe ilniki prądu przeiennego 11 dr inż. Michał Michna

12 Silnik bezzczotkowy z MT 12 dr inż. Michał Michna

13 Silnik bezzczotkowy z MT R 40 R 40 R dr inż. Michał Michna

14 Silnik bezzczotkowy z MT ocowanie powierzchniowe MT ocowanie zagłębione MT indukcja w zczelinie niejza niż indukcja reanencji prota kontrukcja ilnika ała oc obwodów twornika agney nie ą zabezpieczone przed odagneowanie ała odporność na działanie ił odśrodkowych prądy wirowe w agneach trwałych ograniczone ożliwości pracy w tanie odwzbudzenia 14 indukcja w zczelinie oże być więkza od indukcji reanencji kontrukcja tounkowo złożona duża oc obwodów twornika, drożzy przekztałtnik agney ą zabezpieczone przed odagneowanie odporność na działanie ił odśrodkowych brak prądów wirowych w agneach trwałych ożliwość pracy przy ołabiony polu wzbudzenia tounkowo prota ożliwość kztałtowania rozkładu pola w zczelinie dr inż. Michał Michna roboczej

15 Silnik bezzczotkowy z MT IM SBMT Sprawność Średnia (70-96%) Wyoka (93-95%) wp. ocy 0,7-0,86 >0,94 traty ocy tojan i wirnik tojan zczelina powietrzna ała, haroniczne żłobkowe, hała duża wp. oc/aa średni (75W/kg) duży (160W/kg) kontrukcja wirnika prota, wytrzyała cena nika wyoka prota lub złożona, podatność MT na iły odśrodkowe 15 dr inż. Michał Michna

16 Silnik bezzczotkowy z MT Melfi, M.J.; Roger, S.D.; Evon, S.; Martin, B. Peranent Magnet Motor for Energy Saving in Indutrial Application. PPIC dr inż. Michał Michna

17 Silnik reluktancyjny przełączalny SRM olejne paa ilnika SRM zailane ą ze źródła napięcia tałego w funkcji położenia wirnika Wyaga zatoowania bardzo zybkich kluczy energoelektronicznych (MOSFET, IGBT) Moent jet wytwarzany przez agnetyczne przyciąganie wirnika do elektroagneów tojana C C B A B D A A A B D B C C 17 dr inż. Michał Michna

18 Silnik reluktancyjny przełączalny SRM Zalety duża niezawodność niki kozt produkcji prota budowa brak agneów, brak uzwojeń ały oent bezwładności wirnika wyżza prawność w porównaniu np. z ilnikai indukcyjnyi dokładna regulacja prędkości obrotowej, uzykiwana tani kozte przez zatoowanie układów bezczujnikowych Wady hała akutyczny tętnienia oentu obrotowego 18 dr inż. Michał Michna

19 Mazyny elektryczne 19 dr inż. Michał Michna

20 Moc wewnętrzna 20 dr inż. Michał Michna

21 dr inż. Michał Michna 21 t x B x t B in ), ( x x t B l t x t B t A 0 )d, ( )d, ( ) ( p D 2 T P I E dt t i t e T P 0 ) ( ) ( 1 Moc czynna Rozkład indukcji w zczelnie Struień przężony z uzwojenie Wpółczynnik kztałtu ocy T P dt I t i E t e T 0 ) ( ) ( 1 2 M AV B B B k Wpółczynniki kztałtu pola Podziałka biegunowa

22 Aplituda truienia ( l ) B B i p Napięcie indukowane e( t) N d ( t) dt Liczba zwojów N w N Aplituda napięcia E B w B N ( li p) E 2 ( B w ) 2 E ( )( D l ) N E B i w E ( D l ) N e( t) E E in( t) f p i B f p B 23 dr inż. Michał Michna

23 dr inż. Michał Michna 24 r D NI A 2 Okład prądowy liniowa gętość prądu ) 1 ( r r r A A A A A A T r I dt t i T I I I 0 2 ) ( 1 r I r I N AD I I 2 1 Okład prądowy tojana i wirnika

24 Moc wewnętrzna Wpółczynniki kontrukcyjne Objętość azyny Prędkość azyny P r I P E 2 f AB D l p Okład prądowy Indukcja w zczelnie Równanie kontrukcyjne ang.izing equation 25 dr inż. Michał Michna

25 Moc wewnętrzna 26 dr inż. Michał Michna

26 Moc wewnętrzna 27 dr inż. Michał Michna

27 Moc wewnętrzna 28 dr inż. Michał Michna

28 Moc wewnętrzna Równanie kontrukcyjne ang.izing equation 29 dr inż. Michał Michna

29 Moc wewnętrzna P r I P E f AB D 2 l p wpółczynnik wyzykania azyny Równanie kontrukcyjne ang.izing equation 30 dr inż. Michał Michna

30 Wpółczynnik wyzykania azyny F A F 2T D i A D l T i Si r I P E 2 AB D l 1 1 r I P E AB 31 dr inż. Michał Michna

31 Wpółczynnik wyzykania azyny 32 dr inż. Michał Michna

32 Moc wewnętrzna Równanie kontrukcyjne ang.izing equation 33 dr inż. Michał Michna

33 Indukcja w zczelnie 34 dr inż. Michał Michna

34 Moc wewnętrzna P r I P E f AB D 2 l p Okład prądowy Równanie kontrukcyjne ang.izing equation 35 dr inż. Michał Michna

35 Gętość liniowa prądu okład prądowy 36 dr inż. Michał Michna