Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2012. január 23. Dr. Szénásy István Széchenyi István Egyetem Korszerű járműhajtásra.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2012. január 23. Dr. Szénásy István Széchenyi István Egyetem Korszerű járműhajtásra."— Előadás másolata:

1 Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. Dr. Szénásy István Széchenyi István Egyetem Korszerű járműhajtásra alkalmazott állandó mágneses szinkron motorok fejlesztésének és irányításának aktuális problémái

2 Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. Mobilitás és Környezet Konferencia Dr. Szénásy István A motorfejlesztés célkitűzései

3 Mobilitás és Környezet konferencia Cél: motor és szabályzásának fejlesztése tetszőleges járműbe, helyre, megfelelő hajtási-, fékezési és energetikai jellemzőkkel Adott geometriai környezet: elhelyezés és méretek Járműfüggő teljesítmény-, nyomaték- és fordulatszám viszonyok Nyomaték és hatásfok maximalizálás Méret és tömeg minimalizálás Alapkonstrukció megválasztása előtanulmányok alapján: Állandó mágneses szinkron motor; színuszos táplálás ; számítógépes motorirányítás A motorfejlesztés célkitűzései Villamos hajtásrendszer fejlesztése járművek számára

4 Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. Mobilitás és Környezet Konferencia Előadó Motorfejlesztés elméleti háttere

5 Mobilitás és Környezet konferencia A szinuszos alakú árammal táplált, állandó mágneses szinkron motor a legnagyobb teljesítménysűrűségű villamos gép, akár cos φ=1-el. Járműhajtásra (nagy indítónyomaték, tetszőleges fordulatszám) akkor alkalmas, ha Motorfejlesztés elméleti háttere - az állórész-áramok Park-vektorát a nyomatékszög értékének figyelembevételével a rotor d- tengely aktuális szöghelyzetéhez tudjuk illeszteni, illetve - 90 foktól eltérés igénye esetén zárt szabályozási körben tudjuk kezelni az áramvektor d és q irányú összetevőit, így az áramvektor hosszát és szögét. A villamos gép megválasztása

6 Mobilitás és Környezet konferencia Palástra ragasztott hasáb, ívelt, körszelet mágnesek Beágyazott hasáb mágnesek Előnyök és hátrányok a járműhajtás igényei szempontjából: A technológiailag egyszerűbb, palástra ragasztott építésűek Ld=Lq aránya nem ad nyomaték-többletet, de igen jó anyag- kihasználásúak A használatos mágnes elrendezések és –alakok: Motorfejlesztés elméleti háttere

7 Mobilitás és Környezet konferencia A használatos álló-, és forgórész elrendezések Motorfejlesztés elméleti háttere A használatos tekercselések: több szállal, vagy rúddal belső forgórész: sebesség-korlát külső forgórész: gépészeti problémák merev és jól hűthető, drága hegesztés

8 Mobilitás és Környezet konferencia A mágneses ellenállások irány- és hely szerinti alakítása nyomatéknövelést eredményezhet az eltérő „d” és „q” irányú induktivitások következtében, kutatása folyamatban lévő feladat A keletkező reluktancia-nyomaték egyes motorokban már 50% feletti hozzájárulású. A mágneses tengelyek „d” és „q” irányai egy forgórész-lemeztestben: A hidak feladata a mágnes és környéke tömegének mechanikai tartása Motorfejlesztés elméleti háttere

9 Mobilitás és Környezet konferencia A reluktancianyomaték A reluktancianyomaték a d- és q irányú induktivitás-különbséggel arányos: Motorfejlesztés elméleti háttere

10 Mobilitás és Környezet konferencia A fejlesztés legfontosabb alapjellemzői A gép adottságait meghatározza: – konstrukciója, –irányítási-vezérlési módja. A csak 90 fokos áramvektor kivezérlésű inverter fejlesztése, kezelése egyszerűbb, míg az áramvektor forgatásra alkalmas inverter- és szabályozó az oda-vissza transzformációkkal együtt bonyolultabb, de előnyei jelentősek. A sebességtartomány kiterjesztése és a legnagyobb hatásfokú munkatartomány elérése áramvektor-forgatást igényel. A nyomatéklüktetés csökkentése újabb követelményeket jelent. Fejlesztjük az Ld

11 Mobilitás és Környezet konferencia A mezőgyengítés Nagy nyomatékú gép feszültség-konstansa is nagy – már a sebességtartomány 1/3-án elérheti a tápfeszültséget (U max ). U b =4.44*f*N*Φ*ξ A belső feszültség: Motorfejlesztés elméleti háttere

12 Mobilitás és Környezet konferencia Az önvezérelt szinkrongép áramvektor-szabályozása mezőgyengítésben A sebesség növekedésével a feszültségvektor eléri megengedett értékét. Felette a „-d” irányú komponenssel elnyomjuk, csökkentjük a túlnövekedett belső feszültség hatását: Motorfejlesztés elméleti háttere

13 Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. Mobilitás és Környezet Konferencia Dr. Szénásy István A szinkron motor fejlesztési folyamata

14 Mobilitás és Környezet konferencia A szinkronmotor fejlesztésnél figyelembe vett elsődleges szempontok haszonjárműben történő alkalmazáshoz 1.egyszerűbb áramszabályozásra alkalmasság - többletnyomaték, és mezőgyengítési lehetőség nélkül 2.mérsékelt indukció a vasveszteség csökkentésére 3.nagy légrés a szórási reaktancia növelésére és a gépészeti problémák csökkentésére 4.az elérhető legkisebb lüktető nyomaték, % körüli hatásfok, kis réz- és vasveszteséggel, 6. aszinkronmotor állórészlemez felhasználhatósága, költségcsökkentés céljából 7. színuszoshoz közeli indukció-eloszlás elérése, 8. egyszerű, szimmetrikus tekercselhetőség, megbízható gyárthatóság A fejlesztés problémája: több szempont ellentmond egymásnak Szinkron motor fejlesztési folyamata

15 Mobilitás és Környezet konferencia A motor paraméterei a feladat szimulációjával megalapozottak Energetikai szimulációk egy, a hibrid busz (Budai vár) feladatra - itt mezőgyengíthető, nagy fordulatszám-tartományú motort feltételezve a Széll K. tér – végállomás a várban - Széll K. térre vissza útvonalon Szinkron motor fejlesztési folyamata 1,76 kWh fogyasztás az indulás és érkezés között. A legtöbb fogyasztás a tárolóból 3 kWh, de a visszaérkezés lejtőjén 1.3 kWh-t visszatölt. Tároló nélkül: 6 kWh (!) a fogyasztás

16 Mobilitás és Környezet konferencia Haszonjárműbe tervezett szinkronmotor előfejlesztése M=250Nm, n=1500/p induktanciái, tömege, veszteségei, névleges munkaponti hatásfoka: Fejlesztés: Emerton- szoftverrel Szinkron motor fejlesztési folyamata

17 Mobilitás és Környezet konferencia A motor-próbapad fejlesztése: DC vontatómotorral, mint fékgéppel Szinkron motor fejlesztési folyamata

18 Mobilitás és Környezet konferencia Motorfejlesztés Infolytica programmal: egész horonyszámú motor: lüktet, 8% Szinkron motor fejlesztési folyamata

19 Mobilitás és Környezet konferencia Féküzem 200% sebességen, mezőgyengített motorban. A lüktetés erős, 16%, nem lenne alkalmas áramvektor-forgatásos mezőgyengítésre (előző motor) Szinkron motor fejlesztési folyamata

20 Mobilitás és Környezet konferencia Motor hűtés szimuláció Szinkron motor fejlesztési folyamata PMS motor külső köpenyes hűtés szimuláció Hűtőfolyadék be és kivezetés optimalizáció Új hűtési módszerek felvetése Belső léghűtés szimuláció A Virtuális prototipizálás alprojekttel való együttműködés eredménye - vezető: Dr. Veress Árpád

21 Mobilitás és Környezet konferencia A motorfejlesztés része: gépészeti- és rendszertervezés, itt: a nyomatéklüktetés elhangolása a kapcsolatnál Szinkron motor fejlesztési folyamata A motor fejlesztése: prototípus gyártás

22 Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. Mobilitás és Környezet Konferencia Dr. Szénásy István A motorfejlesztés eredményei

23 Mobilitás és Környezet konferencia Járműbe építhető háromfázisú állandó mágneses szinkron motorok A motorfejlesztés eredményei 2 db belső forgórészes, surface-mounted típusú, vízhűtéses PM szinkron motor P= 30 kW M=250 Nm m=54,5 kg (teljes tömeg)

24 Mobilitás és Környezet konferencia A fejlesztett motorok tesztelése próbapadon A motorfejlesztés eredményei Ide kell egy kép a motor a troli padon és egy diagram

25 Mobilitás és Környezet konferencia A fejlesztett motorok tesztelése haszonjárműben A motorfejlesztés eredményei

26 Mobilitás és Környezet konferencia Nem kívánt eredmények: lüktetőnyomaték, nyomatéklengések, mágneses eredetű rezgések, elektromágneses zavaró hullámok Radiális és tangenciális erők a fluxusváltozásokból: a radiálisak hangrezgést gerjesztenek Az árammentes állapotban fellépő lüktetőnyomaték függvénye az alábbiaknak: - légrés, - légrésindukció, - mágnes ívhossz, - egész- vagy tört horonyszámú- e a gép, utóbbi esetén ennek változataitól, - fogszélesség, - horony-nyílás geometria, vastagsági átmenetek jellege – azaz a mágneses ellenállást befolyásoló paraméterek A motorfejlesztés eredményei

27 Mobilitás és Környezet konferencia A nyomatéklengések mértéke az áramtól és a nyomatékszögtől is függ: Csökkentheti a mezőgyengítés alkalmazhatóságát mélyfekvésű mágnesnél is. A Toyota Prius motor-modell szimuláció: a nyomatéklengések 48 fokos előreforgatásnál, névleges áramnál már 25 % felettiek : (Normál tekercseléssel. Speciális tekercs-kapcsolásukkal a lengések kisebbek.) A motorfejlesztés eredményei

28 Mobilitás és Környezet konferencia Megoldási lehetőségek a mezőgyengítés alatti nyomaték- lüktetések csökkentésére: - kívülről elnyomni az állandó mágnesek fluxusát – az ORNL (Ohio, US) laboratórium egyenáramú ellengerjesztő rendszert fejlesztett ki, bonyolult mágneskörrel (szabadalommal védett) Egyes kutatók kettős állórésztekercset használnak, és egyikben menetszám-csökkentéssel csökkentik az indukált feszültséget Horonyferdítés: nagy gyártási többletköltségek A gépészetileg sorba kötött motorok elforgatása egymáshoz képest a lüktetés fél fázisszögével Tört-horonyszámú gépet érdemes fejleszteni, és a legjobb tört-variáns finomításait alkalmazni. (Igaz, a tekercselési tényező 5-7 %-ot is csökken.) A tört-horonyszámú motorfejlesztések szimulációinál nagyon jó eredmény született, bármely motoros és féküzemi állapotban elegendően sima a nyomaték A motorfejlesztés eredményei

29 Mobilitás és Környezet konferencia Tört-horonyszámú gép fejlesztés és szimuláció eredményei Feladat: M max =2600 Nm, M névl =1000 Nm, n max = 2500 /p, U = 500 V, I max = 320 A Eredmény: D = 514 mm d = 360 mm L = 120 mm tömeg 100kg A motorfejlesztés eredményei

30 Mobilitás és Környezet konferencia Adatok névleges üzemben A motorfejlesztés eredményei Törthoronyszámú gép szimuláció eredményei

31 Mobilitás és Környezet konferencia A legjobb hatásfokú munkapont elérése áramvektorforgatást igényelt: n =1000/p, M=698 Nm, I d =-I q =-240 A, P= 73,1 kW, vektorszög 45 o, U rms = 102 V, η = 98,5%, cosφ= 0,997 A motorfejlesztés eredményei Törthoronyszámú gép szimuláció eredményei

32 Mobilitás és Környezet konferencia Előjeles indukcióeloszlás (névleges áram; vektor-elforgatás: 0 fok) A motorfejlesztés eredményei

33 Mobilitás és Környezet konferencia A mezőgyengítésre alkalmas áramvektor-szabályozás hatásvázlata A motorfejlesztés eredményei

34 Mobilitás és Környezet konferencia Fejlesztési javaslat áttétel-változtatás nélküli hajtás: a bemutatott nagy nyomaték, és nagy sebesség-tartományú PMSM motorral, 1000/p felett mezőgyengítéssel M max =2600 Nm M névl =1000 Nm n max =2500/p U =500 V I max =320 A D =514 d =360 L =120 m =100kg A bonyolult és drága elektro- hibrid sebességváltók helyett A motorfejlesztés eredményei 416 kg

35 Mobilitás és Környezet konferencia Szinkron motorjaink: haszonjármű, üzemel: 230Nm; robogó, épül: 40 Nm; kerékpár: 10 Nm; kisbusz és vasúti üzemre, tervezés alatt: max 2600 Nm A motorfejlesztés eredményei

36 3639 Mobilitás és Környezet konferencia Városi hibrid autóbusz Villamos hajtású robogó Villamos hajtású alternatív járművek Alkalmazási lehetőségek: A motorfejlesztés eredményei

37 3739 Mobilitás és Környezet konferencia A Millenniumi Földalatti Vasút lehetséges hajtásfejlesztése: energiatároló rendszerrel és (az előzőnél kisebb) PMSM motorokkal. A rövid megállótávok miatt %-os fogyasztás-, továbbá 3-4 C o hőmérsékletcsökkenés várható. Egyéb alkalmazási lehetőség A motorfejlesztés eredményei

38 Nemzeti Fejlesztési Ügynökség Mobilitás és környezet Járműipari, energetikai és környezeti kutatások a Közép- és Nyugat-Dunántúli Régióban A projekt a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TAMOP-4.2.1/B-09/1/KONV

39 Köszönöm megtisztelő figyelmüket!


Letölteni ppt "Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2012. január 23. Dr. Szénásy István Széchenyi István Egyetem Korszerű járműhajtásra."

Hasonló előadás


Google Hirdetések