Transcript Synchrónne stroje s permanentnými magnetmi

Synchrónne stroje s
permanentnými
magnetmi
Feritové, keramické
 AlNiCo

NdFeB
 SmCO

Permanentné magnety
Maximálna Br = 1,48 T (2010)
 Maximálna BHmax = 512 kJm-3 (2010)

Vývoj vlastností PM
BH krivky rôznych typov PM
Vplyv teploty na vlastnosti PM
V Európe zdraženie PM typu NdFeB 11krát v porovnaní so stavom pred dvoma
rokmi
 V Číne zdraženie 3-násobné.
 Mnoho výrobcov sa obzerá po iných
typoch strojov (ASM, SRM...)
 Možnosť zníženia ceny – cena je ovládaná
ekonomicky. Nie je to problém zdrojov

Súčasný stav využitia PM
Zdroj: Siemens, VUES
Porovnanie SMPM a ASM
Zdroj: IEEE
Porovnanie SMPM a ASM z
hľadiska účinnosti a strát
Zdroj: Design of Rotating Electrical Machines
Konštrukčné usporiadanie SMPM
Ferit
Neodým
Zdroj: IEEE
Využitie rôznych materiálov PM v
el. stroji
Zdroj: IEEE
Využitie rôznych materiálov PM v
el. stroji
Reálny SMPM
celočíselné
q N
zlomkové
q N
rozložené
vinutie
jednovrstvové
sústredené
cievky
dvojvrstvové
q  z/n
Vinutie
prvého rádu
n - nepárne
Vinutie
druhého rádu
n - párne
Druhy vinutí použitých v SMPM
Ukážka rozloženého a sústredeného
vinutia
Prvá kontrola vinutia ak sú zadané
parametre Q, p a m:
q=Q/(2pm)=z/n
 n≠k.m, k=1,2,3...
 Ak je menovateľ n deliteľný počtom fáz m,
vinutie sa nedá zostrojiť
 Ak sa takýto prípad vyskytne, je potrebné
použiť prázdne drážky

Usporiadanie vinutia- kontrola
vyrobiteľnosti vinutia

1. podmienka symetrie:
pre jednovrstvové vinutie – Q/2m=pq  N
pre dvojvrstvové vinutie - Q/m=2pq  N

2. podmienka symetrie: Q/(mt)

Po kontrole symetrie vinutia sa na základe
menovateľa n zvolí vinutie prvého alebo
druhého rádu
N
Kontrola symetrie vinutia a výber
rádu vinutia





Vypočíta sa najvyšší spoločný deliteľ Q a p
označujeme t=2p/n
Následne počet drážok základného
vinutia: Q*=Q/t
Potom počet pólových dvojíc základného
vinutia: p*=n/2
Počet vrstiev fázorového diagramu pre
dané vinutie: t*=1
Počet lúčov fázorového diagramu:
Q´=Q*/t*
Návrh zlomkového vinutia pre
konkrétny SMPM
Uhol dvoch fázorov: az=360°t*/Q*
 Uhol dvoch drážok: au=360°p*/Q*
 Počet pházorov preskočených pri
číslovaní: (p*/t*)-1
 Pre každú fázu sa použije Q´/m fázorov


Reálny SMPM: Q=48, 2p=12,m=3, vinutie
má byť dvojvrstvové
Návrh zlomkového vinutia pre
konkrétny SMPM

q=Q/(2pm)=48/36=4/3

z = 4, n = 3

n je deliteľné počtom fáz m a preto je
nutné použiť tri prázdne drážky, ktoré sú
symetricky rozmiestnené po obvode
statora
Návrh rozloženého zlomkového
vinutia










q=Q/(2pm)=5/4, z=5, n=4
n párne – vinutie druhého stupňa
t=2p/n=12/4=3
Q*=Q/t=45/3=15
p*=n/2=4/2=2
t*=1
Q´=Q*/t*=15/1=15
au=360p*/Q*=360.2/15=48
az=360t*/Q*=360.1/15=24
p*/t*-1=1
Návrh rozloženého zlomkového
vinutia
az
au
Fázorový diagram rozloženého
zlomkového vinutia






Návrh vinutia pre Q=18, 2p=12, m=3
Volíme si dvojvrstvové vinutie
Počet drážok na pól a fázu q = Q/(2pm)=
18/36=0,5, z=1, n=2
Keďže n=2, volím vinutie druhého stupňa
Najväčší spoločný deliteľ Q a p, t=2p/n=
12/2=6
Pre daný typ vinutia t*=1
Návrh sústredeného vinutia





Počet drážok základného vinutia Q*=Q/t
= 18/6=3
Počet pólových dvojíc základného vinutia
p*=n/2=2/2=1
Uhol dvoch drážok au=360°p*/Q*=120°
Uhol dvoch fázorov az=360°t*/Q*=120°
Počet fázorov, ktoré sa preskakujú pri
číslovaní (p*/t*)-1=0
Návrh sústredeného vinutia
1,4,7,10,13,16
a
C-
A-
B-
A+ B+ C+
1
c
3,6,9,12,15,18
2
3
b
2,5,8,11,14,17
Základné vinutie - FD a uloženie v
drážkach
Vyšetrovanie zvlnenia momentu
 Vyšetrovanie vplyvu indukovaného
napätia EPM
 Kompenzácia nízkeho EPM

Vyšetrovanie vlastností SMPM

analytické vzťahy, merania a metóda
konečných prvkov
Metóda
Rs (W)
Lss (mH) Lmd (mH) Lmq (mH)
Meranie
3.852
28.23
25.59
78.35
Analytické výpočty
4.002
23.02
21.1
78.21
MKP
-
-
24.68
76.21
Vypočítané parametre boli verifikované meraniami a je možné s
nimi ďalej pracovať v simuláciach
Parametre SMPM
Motor A- 48/12p
Motor C- 40/12p
Motor B- 45/12p
Motor D- 36/12p
Vyšetrovanie zvlnenia momentu
SMPM

Zvlnenie momentu vplyvom otvorenia
drážky
Q
2p
Qp
Tcoggpp
(Nm)
Motor A
48
12
4
13,5
Motor B
45
12
3,75
0,7
Motor C
40
12
3,333
2,8
Motor D
36
12
3
8,7
Vyšetrovanie zvlnenia momentu
SMPM
Vyšetrovanie zvlnenia momentu
SMPM
Bd
(T)
l(mm)
E PM  
2    f    N  k w 
Indukované napätie
Simulované
Merané
Efektívna hodnota indukovaného napätia 132,5 V
Indukované napätie
Vplyv indukovaného napätia na
prevádzku stroja

zníženie EPM výrazne znižuje účinník a
zvyšuje záťažový uhol

Náprava sa dá dosiahnuť:
*Výmenou/zmenou usporiadania magnetov
*Prevádzkovaním SMPM na vyššej
frekvencii
*Prevádzkovaním SMPM na nižšom
svorkovom napätí
Kompenzácia nevýhody zníženia
EPM
Presycovanie materiálu nad PM
Metóda
FEM
Lmd (mH) Lmq (mH)
23.97
19.27
Uloženie PM na povrchu
EPMef =179 V
Uloženie PM na povrchu
Metóda
FEM
Lmd (mH) Lmq (mH)
24.37
58.37
Uloženie PM do rotora
EPMef =178 V
Uloženie PM do rotora
Pôvodný
SMPM
EPM (V)
IsN (A)
DPjsN (W)
132,5
6.83
880
PM na
povrchu
179
4.695
309.68
PM vsadený
178
4.632
301.42
Porovnanie rôzneho uloženia PM
36 Hz
Zmena
svorkového
50 Hz
napätia a
frekvencie- V
krivky
Svorkové napätie
Straty vo vinutí (W)
Straty v mag. obvode(W)
Účinník (-)
Záťažový uhol (°)
Účinnosť (%)
Us (V)
400
880
43.4
0.66
41
72
380
740
43
0.69
41
74
350
517
41.5
0.78
42
85.5
300
518
41
0.94
42
85
250
1110
48.5
0.96
46
72
Porovnanie vlastností SMPM pri
napájaní 36Hz a rôznych
napätiach
50 Hz
36 Hz
Zmena svorkového napätia účinnosť
36 Hz
50 Hz
Ďakujem za pozornosť