cheverlot kobaltu
Transkrypt
cheverlot kobaltu
Maszyny Bezszczotkowe z Magnesami Trwałymi Systemy Elektromechaniczne dr inż. Michał MICHNA, dr hab. inż. Mieczysław Ronkowski Plan prezentacji Rozwój maszyn elektrycznych z MT Zastosowanie maszyn bezszczotkowych z MT Materiały magnetycznie trwałe Budowa i zasada działania maszyn z MT Model obwodowy i parametry maszyn z MT Przykłady analizy 2 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rozwój maszyn elektrycznych z magnesami trwałymi 3 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rozwój maszyn elektrycznych Przyczyny rozwoju ME 4 Inżynieria materiałowa Nowe zastosowania Energoelektroniki i metody sterowania Wymagania środowiskowe/polityczne – ochrona środowiska, oszczędzanie energii Duże projekty naukowe – MEA, HEV/EV, ogniwa paliwowe, budynki inteligentne, bioinżynieria Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rozwój maszyn elektrycznych Maszyny wysokoobrotowe 5 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Ewolucja maszyn elektrycznych Napięcie stałe (DC) Prąd stały (DC) Silnik prądu stałego 3-faz. napięcie przemienne (AC) 3-faz. napięcie przemienne (AC) Prąd stały (DC) Silnik asynchroniczny/indukcyjny Silnik synchroniczny Napięcie stałe (DC) Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi 3-faz. napięcie prostokątne 3-faz. napięcie przemienne (AC) Silnik bezszczotkowy prądu stałego z magnesami trwałymi i komutatorem elektronicznym 6 3-faz. napięcie przemienne (AC) Silnik bezszczotkowy prądu przemiennego z magnesami trwałymi i komutatorem elektronicznym Systemy Elektromechaniczne 3-faz. napięcie przemienne (AC) Silnik synchroniczny reluktancyjny Kluczowane sekwencyjnie napięcie stałe (DC) Silnik o przełączanej reluktancji z komutatorem elektronicznym Gdańsk 2013 Maszyny bezszczotkowe z MT Silniki z magnesami trwałymi Komutatorowe silniki prądu stałego Silniki bezszczotkowe Bezszczotkowe silniki prądu stałego 7 Silniki skokowe Bezszczotkowe silniki prądu przemiennego Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny bezszczotkowe z MT Bezszczotkowe silniki prądu stałego BLDCM silniki z trapezoidalnym przebiegiem napięcia indukowanego rotacji silniki zasilane prądem o przebiegu prostokątnym Bezszczotkowe silniki prądu przemiennego PMSM 8 silniki z sinusoidalnym przebiegiem napięcia indukowanego rotacji silniki zasilane prądem o przebiegu sinusoidalnym Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik bezszczotkowy z MT Zalety Brak szczotek (bezszczotkowa) Dobre przenoszenie ciepła i łatwe chłodzenie - źródłem ciepła stojan Większa szczelina niż w IM i SRM Brak strat wzbudzenia - wysoka sprawność Wysoka gęstość mocy Współczynnik mocy bliski cosf=1 Bardzo dobre parametry dynamiczne Wady 9 Magnesy trwałe są wrażliwe na temperaturę, a tym samym parametry silnika zależą od temperatury Droższe niż IM i SRM Wymagają układu zasilnia i sterowania Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik bezszczotkowy z MT Zalety Brak szczotek (bezszczotkowa) Dobre przenoszenie ciepła i łatwe chłodzenie - źródłem ciepła stojan Większa szczelina niż w IM i SRM Brak strat wzbudzenia - wysoka sprawność Wysoka gęstość mocy Współczynnik mocy bliski cosf=1 Bardzo dobre parametry dynamiczne Wady 10 Magnesy trwałe są wrażliwe na temperaturę, a tym samym parametry silnika zależą od temperatury Droższe niż IM i SRM Wymagają układu zasilnia i sterowania Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyn bezszczotkowe z MT IM SBMT Sprawność Średnia (70-96%) Wysoka (93-95%) wsp. mocy 0,7 - 0,86 >0,94 straty mocy stojan i wirnik stojan szczelina powietrzna mała, harmoniczne żłobkowe, hałas duża wsp. moc/masa średni (75W/kg) duży (160W/kg) konstrukcja wirnika prosta, wytrzymała prosta lub złożona, podatność MT na siły odśrodkowe cena niska wysoka 11 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyn bezszczotkowe z MT Melfi, M.J.; Rogers, S.D.; Evon, S.; Martin, B. Permanent Magnet Motors for Energy Savings in Industrial Applications. PPIC 2008 12 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny elektryczne 13 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Zastosowanie maszyn z MT 14 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny z magnesami trwałymi 40% światowej produkcji MT przeznaczone jest do wzbudzania maszyn elektrycznych 70% z nich stosowane w pojazdach mechanicznych (samochody) roczna światowa produkcja samochodów wynosi około 70 mln sztuk współczesny samochód wyposażony jest przeciętnie w 35 silników elektrycznych 2 miliardy maszyn rocznie 15 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Samochody elektryczne i hybrydowe 47 kW permanent magnet electric motor 16 http://www.mitsubishi-motors.com/special/ev/ Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Samochody elektryczne i hybrydowe General Motors will become the first American automotive manufacturer to build its own electric motors when production begins in White Marsh, Maryland, in late 2012. In promoting this capability, GM has released details of the first motor to be built there, the 85 kW (114 hp) permanent magnet motor to be used in the 2013 Chevrolet Spark EV http://www.gizmag.com/gm-85-kw-ev-motor/20329/ 17 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Napędy pomocnicze w samochodach 18 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny z magnesami trwałymi sprzęt gospodarstwa domowego silniki komutatorowe z MT przemysł komputerowy 19 rocznie produkuje się ok.300 mln sztuk dysków twardych Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 ABB permanent magnet generator 3.6 MW from a 500 mm frame 20 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Canopy Technologies output power 4.0 to 32.0 MW speed 0 to 6200 rpm Voltage 4,160 to 15 kV Efficiency >98% 21 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 AGV Maximum rpm Traction power Continuous power Electric network Polarity Efficiency (RC) Frame size Frame length Total weight 22 4500 720kW 720kW 3000V dc 12 poles 97% 650mm 650mm 730kg Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Koszt silnika z magnesami trwałymi Koszt materiałów 20% 6% 51% 14% 9% rdzeń stojana uzwojenia stojana obudowa Koszt produkcji wirnik materiały 9% 34% 45% 12% 23 Systemy Elektromechaniczne montaż i testy koszty produkcji marża Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie twarde 24 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe http://www.arnoldmagnetics.com/ 25 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Alnico ceramiczne ferryty baru i strontu z domieszkami pierwiastków ziem rzadkich: 26 samorowo-kobaltowe SmCo neodymowe NdFeB Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe SmCo5 NdFeB ferryt AlNiCo Br [T] 0.85 – 1 1 – 1.41 0.3 – 0.45 1.25 (BH)max [kJ/m3] 145 – 200 200 – 420 20 – 40 50 [kA/m] >1600 1040 - 3000 240 – 320 55 Tmax [ºC] 250 80 – 200 150 – 300 450 - 500 cena 120 €/kg 50 €/kg 15-20 €/kg JHc 27 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Material Cost Index Maximum Energy Products (BH)max(MGOe) Coercivit Maximum y Working Machinability Hci(KOe) Temperature(°C) Nd-Fe-B(sintered) 65% Up to 45 Up to 30 180 Fair Nd-Fe-B (bonded) 50% Up to 10 Up to 11 150 Good Sm-Co (sintered) 100% Up to 30 Up to 25 350 Difficult Sm-Co (bonded) 85% Up to 12 Up to 10 150 Fair Alnico 30% Up to 10 Up to 2 550 Difficult Hard Ferrite 5% Up to 4 Up to 3 300 Fair Flexible 2% Up to 2 Up to 3 100 Excellent www.stanfordmagnets.com 28 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rynek MT 29 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rynek MT 30 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rynek MT 31 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Rynek MT 32 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały MT 33 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe 34 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Tlenki ziem rzadkich są poddawane procesowi rozdrabniania i rafinacji (oczyszczania) Przygotowywane są kompozyty z materiałów bazowych (metali ziem rzadkich, żelaza, kobaltu) topionych w piecach indukcyjnych w środowisku próżni Bloki (wlewki) kompozytu są rozdrabnianie (szlifowanie lub ścieranie) w atmosferze gazów osłonowych (azotu i argonu) w celu uzyskania proszków o wielkości rzędu kilku mikronów www.shinetsu-rare-earth-magnet.jp 35 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Formowanie magnesów w procesie prasowania w polu magnetycznym Spiekanie – przeprowadzanie w próżni lub w atmosferze gazów osłonowych, w różnych temperaturach w zależności od typu magnesu. W tym procesie zwiększa się gęstość magnesów i zmniejsza ich objętość (około 50%) Wyżarzanie - starzenie magnesów – w celu poprawienia właściwości magnetycznych i stabilności parametrów Kontrola jakości i parametrów magnesów 36 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Obróbka mechaniczna – przez szlifowanie magnesów – diament Platerowanie Nd-Fe-B magnets are generally susceptible to rust so they are surface treated with nickel or paint. Sm-Co magnets have a high resistance to corrosion so they are not usually plated. Kontrola jakości, pomiary Magnesowanie Pakowanie, wysyłka 37 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe 38 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Parametry magnesów NdFeB prostopadłościennych magnesowanych prostopadle www.shinetsu-rare-earth-magnet.jp 39 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Parametry magnesów NdFeB prostopadłościennych magnesowanych równolegle www.shinetsu-rare-earth-magnet.jp 40 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Materiały magnetycznie trwałe Parametry magnesów w kształcie pierścienia www.shinetsu-rare-earth-magnet.jp 41 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Budowa 42 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny bezszczotkowe z MT Br=1,2T, Hc=850kA/m, (BH)max=270kJ/m3 43 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny bezszczotkowe z MT 44 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny tarczowe z MT 45 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Segmented ElectroMagnetic Array 46 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Zasada działania 47 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Pole wzbudzenia maszyny z MT 48 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Maszyny bezszczotkowe z MT a) b) c) d) sinusoidalne 49 e) f) trapezoidalne Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Prezentacja filmu Silniki bezszczotkowe z magnesami trwałymi 50 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Modelowanie 51 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Schemat układu napędowego SBMT ZE PE UEM MR n US CPW Zadawanie UEM – układ elektromechaniczny silnika, ŹE – źródło energii elektrycznej, PE - przekształtnik energoelektroniczny, US – układ sterowania, CPW – czujnik położenia wirnika, MR – maszyna robocza (obciążenie) 52 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Schemat układu napędowego wrm Ps us is s SBMT Tm m Pm Silnik bezszczotkowy o magnesach trwałych dwuwrotowy przetwornik elektromechaniczny: wrota (zaciski) obwodu stojana/twornika „s” – dopływ energii elektrycznej przetwarzanej ma energię mechaniczną, wrota układu (obwodu) mechanicznego „m” – odpływ energii mechanicznej 53 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik DC z MT z uzwojeniem dwupasmowym dzielonym a) b) Stojan (twornik) silnika stanowi układ uzwojenia dwupasmowego dzielonego zintegrowanego z falownikiem zasilanym ze stałego źródła prądowego o wydajności Is. S S N N d) c) e) f) g) 54 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik DC z MT z uzwojeniem dwupasmowym dzielonym a) b) Na wirniku umocowany jest magnes trwały jako źródło pola wzbudzenia o indukcji Bf i strumieniu f Czujniki SH1 oraz SH2 (sondy Hall’a) służą do określenia położenia kątowego wirnika; ich sygnały sterują kluczowaniem tranzystorów mocy T1, T2, T3 i T4 S S N N d) c) e) f) g) 55 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik DC z MT z uzwojeniem dwupasmowym dzielonym a) b) Praca silnika ma charakter cykliczny - jeden cykl pracy odpowiada jednemu obrotowi wirnika. W jednym cyklu pracy występują cztery takty - w każdym takcie zasilana jest tylko jedna połówka uzwojenia. S S N N d) c) e) f) g) przebieg czasowy momentu elektromagnetycznego przy założeniu sinusoidalnego rozkładu indukcji pola wzbudzenia i przepływu twornika 56 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik DC z MT z uzwojeniem dwupasmowym dzielonym a) b) Warunkiem generacji stałego jednokierunkowego momentu obrotowego jest utrzymanie tych przepływów (pól) nieruchomych względem siebie dla ustalonego stanu pracy S S N N d) c) e) f) g) Sygnałem sterującym kluczowaniem tranzystorów jest położenie kątowe wirnika 57 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model fizyczny silnika w układzie osi naturalnych stojana as bs i wirnika qd r w układzie osi qd r wirnika Fs Fs S S N 'rfd N Ff 58 f Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model silnika napięcia na zaciskach poszczególnych pasm uzwojenia stojana zawierają tylko pierwszą harmoniczną: uas 2U s cos esu ubs 2U s sin esu t esu wr ( )d esu (0) 0 Relacje między zmiennymi zaciskowymi w układzie osi stojana as bs i układzie osi wirnika qd r opisują równania r uqs cos r sin r uas ias cos r sin r iqsr r r i u sin cos sin cos r r ids r r bs bs uds 59 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Dynamiczny model obwodowy silnika Obwód całkowania prędkości 60 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model silnika Modele sprzężeń transformatorowych uzwojeń stojana i wirnika w osiach qdr rqs ( Lls Lmq )iqsr rds Lls idsr Lmd (idsr I f`r ) Fs S Obwód całkowania prędkości N 'rfd 61 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model silnika Modele sprzężeń transformatorowych uzwojeń stojana i wirnika w osiach qdr r r r qs Llsiqs Lmqiqs r r r r r ds Lls ids Lmd ( ids I fr ) Lls ids Lmd ids fd r rqs strumień sprzężony z uzwojeniem stojana „jakby ruchomym” w osi q; rds strumień sprzężony z uzwojeniem stojana „jakby ruchomym” w osi d; Lmq indukcyjność magnesowania modelująca wpływ strumienia głównego (magnesującego) w osi q na właściwości silnika; Lmd indukcyjność magnesowania modelująca wpływ strumienia głównego (magnesującego) w osi d na właściwości silnika; Lls indukcyjności rozproszenia uzwojenia stojana modelująca wpływ strumienia rozproszenia na właściwości silnika 62 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model silnika Modele sprzężeń elektromechanicznych uzwojeń stojana i wirnika w osiach qd r SEM rotacji r eds wr rqs r eqs wr rds Moment elektromagnetyczny Teq iqsr rds Ted idsr rqs Wypadkowy moment elektromagnetyczny Te P iqsr λdsr idsr λqsr 2 P Te Lmd I f iqsr Lmd Lmq iqsr idsr 2 63 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik bezszczotkowy o magnesach trwałych: uzwojenie 3-pasmowe Falownik trójfazowy mostkowy T1 D1 T3 D3 Stojan/twornik ias T5 D5 as ibs C uas is ud D2 T4 D4 T6 D6 bs ucs CP N Bf N T2 Wirnik/magneśnica ubs ics Maszyna robocza S cs ωr Te i s B f Te js B f r us ST Układ silnika bezszczotkowego o magnesach trwałych z uzwojeniem 3-pasmowym (CP - czujnik położenia kątowego wirnika, ST - układ sterowania) 64 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Silnik bezszczotkowy o magnesach trwałych: uzwojenie 3-pasmowe Falownik trójfazowy mostkowy T1 D1 T3 D3 Stojan/twornik ias T5 D5 as ibs C uas is ud T2 D2 T4 D4 T6 D6 bs CP N Bf N ucs Wirnik/magneśnica ubs ics Maszyna robocza S cs ωr Te i s B f Te js B f r us ST Na stojanie silnika umieszczone jest klasyczne uzwojenie trójpasmowe, na wirniku umieszczone są magnesy trwałe, Uzwojenie jest zwykle zasilane z dwustopniowego falownika napięcia z prostownikiem 65 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model silnika napięcia fazowe na zaciskach uzwojenia stojana zawierają tylko pierwszą harmoniczną: uas 2U s cos esu 2 ubs 2U s cos esu 3 2 ucs 2U s cos esu 3 sterowane są kątem położenia wirnika t esu wr ( )d esu (0) 0 66 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Model silnika Relacje między zmiennymi zaciskowymi w układzie osi stojana as bs cs i w układzie osi wirnika qd r opisują równania r u qs cos r r 2 u ds 3 sin r 1 u 0 s 2 cos r 23 cos r 23 u as sin r 23 sin r 23 ubs 1 1 u cs 2 2 sin r 1 iqsr ias cos r i cos 2 sin 2 1 i r r r 3 3 dc bs ics cos r 23 sin r 23 1 i0 s t r wr ( )d r (0) 67 Systemy Elektromechaniczne 0 Gdańsk 2013 Model silnika równanie momentu elektromagnetycznego silnika ma postać 3 P Te iqsr rds idsr iqsr 2 2 Powyższe równanie różni się od równania modelu dwupasmowego współczynnikiem 3/2, który wynika z konieczności zapewnienia niezmienniczości (kowariantności) mocy przy przejściu z układu osi as bs cs do układu osi qd r. 68 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 abc/qd Dynamiczny model obwodowy silnika Dynamiczny model obwodowy silnika bezszczotkowego o magnesach trwałych z uzwojeniem 3pasmowym w układzie osi as bs cs/qd r c c Model obwodowy silnika z uzwojeniem 3pasmowym u układzie osi qd r - analogiczny do modelu fizycznego silnika z uzwojeniem 2pasmowym c Obwód całkowania prędkości 3 69 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu obwodowego Wyznaczanie wartości parametrów modelu liniowego na podstawie danych katalogowych 70 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu obwodowego General Continuous Stall Torgue Continuous Current Peak Torgue Symbols Units BSM 100 N- A BSM 100 N-4250 AA Ib-in 354 354 N-m 40.0 40.0 amps 28.95 18.09 Ib-in 1416.0 1416.0 N-m 160.0 160.0 Tcs Iscc Tp Peak Current Isp amps 104.23 48.84 Mechanical Time Constant tmJ msec 0.31 0.28 Electrical Time Constant teL msec 10.3 11.5 Rated Speed nn rpm 2000 1200 Rated Voltage Udn volts 300 300 dane katalogowe SBMT firmy BALDOR (www.baldor.com) 71 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Electrical Torgue Constant Voltage Constant Symbols Ib-in/amp BSM 100 N-4250 AA 13.58 21.74 Nm/amp 1.535 2.457 Vpk/krpm 131.26 210.02 Vrms/krpm 92.83 148.53 Units BSM 100 N- A kT ke Resistance RsL-L ohms 0.18 0.42 Inductance LsL-L mH 1.867 4.86 dane katalogowe SBMT firmy BALDOR (www.baldor.com) 72 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Mechanical Inertia Maximum Speed Number of Motor Poles Symbols J nmx Units BSM 100 N- 4150A Ib-in-s2 0.0349 0.0349 Kg-cm2 39.431 3000 39.431 3000 8 8 1 1 77/35 77/35 rpm P Resolver Speed Weight BSM 100 N-4250 AA Ibs/Kg dane katalogowe SBMT firmy BALDOR (www.baldor.com) 73 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego BSM 100 N- 4150A 74 BSM 100 N- 4250A Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Wartości momentów dla dowolnych wartości prądu strojna Is wyznaczamy z zależności: T=kT*Is kT –Torgue Constant Continuous Stall Torque Tcs=kT*Iscc Peak Torque Tp=kT*Isp Zakładamy, że wartości prądów Iscc oraz Isp odpowiadają prądowi stałemu. Porównujemy tak wyznaczone wartości momentów z wartościami katalogowymi 75 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Zależność teoretyczna na moment elektromagnetyczny 3P r r 3P Te [' fd iqs ] [( Lmd I fr )iqsr ] 22 22 3 i Iscc 2 r qs współczynnik 3/2 wynika z zasady niezmienniczości mocy 3P r 3 Te Tcs ( Lmd I f ) Iscc 22 2 76 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Te Tcs 3P 3 ( Lmd I fr ) Iscc 22 2 3P r 3 kT ( Lmd I f ) 22 2 Erof 3P3 Ip) 222 3P3 r ( Lmd I f ) Tcs /( Iscc) 222 3P3 r ( Lmd I f ) kT /( ) 222 ( Lmd I fr ) Tp /( P r P 2n ( Lmd I f ) Ωrm ( Lmd I f ) 2 2 60 r Wartość Voltage Constant ke wyznaczono przy prędkości 1000rpm i zgodnie z pomiarem odpowiada ona napięciu międzypasmowemu, czyli ke r P 21000 Erof ( Lmd I f ) 2 60 3 77 ke P 21000 ( Lmd I f ) /( ) 3 2 60 r Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Wartość katalogowa Inductance LsL-L dotyczy wartości międzyfazowej 1 3 LsL L 2 Lls Lms ( Lms ) 2 Lls Lms 2 2 3 Lmd Lms 2 Zakładamy, że na indukcyjności rozproszenia 2Lls przypada 10% a na Lmd 90% Lmd 0.9LsL L 78 1 Lls (0.1LsL L ) 2 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Parametry modelu liniowego Mając wartość Lmd można obliczyć prąd zasilania uzwojenia modelującego magnes trwały I fr ( Lmd I fr ) / Lmd Rezystancja fazy stojana 1 Rs RsL L 2 Współczynnik tarcia Bm szacujemy w oparciu o straty mechaniczne dla danej mocy znamionowej Pn Pn 2nmx 2nmx B (0.005 0.01) m 79 (rmn ) 2 Pn Tsc 60 Systemy Elektromechaniczne rmmx Gdańsk 2013 60 Przykłady analizy 80 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Przykłady analizy: SBMT 2-pasmowy BEZSZCZOTKOWY SILNIK PRADU STALEGO:CHARAKT. STATYCZNE Date/Time run: 01/12/98 20:28:05 Temperature: 27.0 1.5 Te [Nm] 1.0 tr0 = 0 0.5 tr0 = -pi/6 Wr [rad/s] 0 0 tr0 = +pi/6 -0.5 -300A -200A V(Te) -100A 0A 100A 200A 300A IWr Wyniki analizy .DC silnika bezszczotkowego o magnesach trwałych: statyczna charakterystyka mechaniczna Te = Te(r) przy esu(0)=0 oraz r(0)=0; = - /6; = + /6 81 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Przykłady analizy: SBMT 2-pasmowy BEZSZCZOTKOWY SILNIK PRADU STALEGO:CHARAKT. DYNAMICZNE Date/Time run: 01/12/98 20:19:13 Temperature: 27.0 1 800m 2 200 [Nm] [rad/s] Wr Te napięcia pasmowe stojana BEZSZCZOTKOWY SILNIK PRADU STALEGO:CHARAKT. DYNAMICZNE Date/Time run: 01/12/98 20:13:07 Temperature: 27.0 20V 0V -20V 600m 150 400m 100 200m 50 V(as) 20V 0V -20V 0s V(bs) 100ms 200ms 300ms 400ms 500ms 600ms Time prądy pasmowe stojana BEZSZCZOTKOWY SILNIK PRADU STALEGO:CHARAKT. DYNAMICZNE Date/Time run: 01/12/98 20:13:07 Temperature: 27.0 5.0A 0 >> 0 0s 1 100ms V(Te) 2 200ms I(V_Wr) 300ms 400ms 500ms 600ms Time 0A -5.0A Te - moment elektromagnetyczny; wr - (Wr) elektryczna prędkość kątowa silnika I(G_Ias) 4.0A 0A -4.0A 0s I(G_Ibs) 82 100ms 200ms 300ms 400ms 500ms 600ms Rozruch silnika esu(0) = 0; r(0) = 0 oraz TL = 0 Time Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Przykłady analizy: SBMT 3-pasmowy 1 2.4KA 2 300V (179.818m,2.0148K) Te 2.0KA 200V 1.6KA 100V w rm 1.2KA (179.818m,25.365) 0V 0.8KA Te - moment elektromagnetyczny; wrm - prędkość kątowa mechaniczna silnika -100V 0.4KA 0A >> -200V 0s 1 20ms I(V_W r)/4*30/pi 2 40ms V(Te) 60ms 80ms 100ms 120ms 140ms 160ms 180ms 200ms Time zasilanie napięciem sinusoidalnym: rozruch Udn = 300V esu(0) = 0.1858rad; r(0) = 0; TL = kTLwrm; kTL = 0.12 Nms/rad 83 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Przykłady analizy: SBMT 3-pasmowy 400V 0V -400V 50A napięcie uas V(as) 0A SEL>> -50A 280ms I(G_Ias) 285ms 290ms Time 295ms 300ms prąd ia pasmowy stojana zasilanie napięciem odkształconym (falownikowe): stan ustalony Udn = 300V esu(0) = 0.1858rad; r(0) = 0; TL = kTLwrm; kTL = 0.12 Nms/rad 84 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Przykłady analizy: SBMT 3-pasmowy 2.00KA 1.75KA SEL>> 1.50KA 30V prędkość kątowa mechaniczna wrm I(V_Wr)*30/pi/4 25V moment elektromagnetyczny Te 20V 280ms V(Te) 285ms 290ms 295ms 300ms Time zasilanie napięciem odkształconym (falownikowe): stan ustalony Udn = 300V esu(0) = 0.1858rad; r(0) = 0; TL = kTLwrm; kTL = 0.12 Nms/rad 85 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013 Dziękuję za uwagę 86 Systemy Elektromechaniczne Gdańsk 2013