napredni elektromotorni pogoni napredni elektromotorni pogoni za primjene u vuؤچi nositelj...

Download Napredni elektromotorni pogoni Napredni elektromotorni pogoni za primjene u vuؤچi Nositelj projekta

If you can't read please download the document

Post on 02-Nov-2019

10 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Napredni elektromotorni pogoni za primjene u vuči

    Nositelj projekta Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike i računarstva

    Ovaj projekt je financirala Hrvatska zaklada za znanost pod brojem IP-11-2013-7801

  • OSNOVNI PODACI O PROJEKTU

    1

    NAZIV PROJEKTA: NAPREDNI ELEKTROMOTORNI POGONI ZA PRIMJENE U VUČI

    NAZIV PROJEKTA NA ENGLESKOM: ADVANCED ELECTRIC DRIVES FOR TRACTION APPLICATIONS (ELTRAC)

    VODITELJ: Prof. dr. sc. DAMIR ŽARKO

    KORISNIK: SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

    SAŽETAK Razvoj učinkovitijih prijevoznih sredstava i smanjenje njihovog utjecaja na okoliš u okviru je energetske politike Europske u nije. Elektrifikacija prijevoznih sredstava i poticanje sve većeg korištenja željeznica za prijevoza tereta su neki od ključnih ele menata za sveukupno povećanje energetske učinkovitosti u prometu i smanjenje emisije stakleničkih plinova.

    Projekt stavlja naglasak na razvoj naprednih elektromotornih pogona za primjenu u vuči za prijevoz putnika i tereta. Tradicio nalni pristup projektiranju elektromotornih pogona stavlja naglasak na neovisno projektiranje svake pojedinačne komponente pogona, ne uzimajući u obzir njihovu međusobnu interakciju i na taj način onemogućava ostvarivanje optimalnih performansi cijelog pogons kog sustava.

    Glavni cilj projekta je poboljšati pristup projektiranju elektromotornih pogona za primjene u vuči na način da se projektiran ju komponenata pristupi sinergijski i upotrijebe napredni algoritmi upravljanja. Na taj način bi se poboljšale performanse i učinkovitost sustava i smanjili troškovi ti jekom životnog ciklusa vozila.

    Navedeni cilj postignut je kroz:

    • Razvoj programskih alata za računalom podržano projektiranje komponenata elektromotornog pogona za primjenu u vuči korištenjem multifizikalnog pristupa (engl. multiphysical approach) uzimajući u obzir utjecaj pojedinih komponenata na sustav u cjelini,

    • Razvoj različitih topologija učinskog pretvarača za primjenu u vuči u svrhu evaluacije raznih metoda modulacije i upravljanja ,

    • Izradu programskog okruženja za simulaciju dinamičkog vladanja sustava vuče koji objedinjuje kompleksne nelinearne modele komponenata sustava s modelima upravljačkih algoritama i dinamikom vozila,

    • Razvoj upravljačkog sustava elektromotornog pogona temeljenog na modelskom prediktivnom upravljanju koje osigurava najveću korisnost sustava tijekom cijelog voznog ciklusa vučnog vozila,

    • Eksperimentalno testiranje razvijenih algoritama na laboratorijskom modelu vučnog sustava.

    VRIJEDNOST: 971.500,00 kn

    UGOVORNO TIJELO: HRVATSKA ZAKLADA ZA ZNANOST

    TRAJANJE: 1.10.2014 – 30.9.2018.

    WEB STRANICA: https://eltrac.fer.hr/

    KONTAKT: Prof. dr. sc. Damir Žarko Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike i računarstva Zavod za elektrostrojarstvo i automatizaciju Unska 3, 10000 Zagreb, Hrvatska e-mail: damir.zarko@fer.hr Tel: 01 6129 706

    PROJEKTNI TIM: Prof. dr. sc. Željko Jakopović Doc. dr. sc. Stjepan Stipetić Prof. dr. sc. Fetah Kolonić dr. sc. Zlatko Hanić Prof. dr. sc. Zlatko Maljković dr. sc. Marinko Kovačić Prof. dr. sc. Viktor Šunde Tanja Poljugan, dipl. ing. Izv. prof. dr. sc. Mario Vražić Goran Rovišan, dipl. ing. dr. sc. Neven Čobanov dr. sc. Ana Hanić dr. sc. Šandor Ileš Tino Jerčić, mag. ing. dr. sc. Ivan Mrčela

  • VIŠEKRITERIJSKA OPTIMIZACIJA POGONSKOG SUSTAVA TRAČNIČKOG VOZILA

    2

    Glavne komponente elektromotornih pogona tračničkih vozila su elektromotor, učinski pretvarač, transformator i sustav upravlj anja. Pod pojmom optimiranja pogona u cjelini smatra se određivanje vanjskih karakteristika svake pojedine komponente na način da se postigne optimalnost pogona s obzirom na funkcije ograničenja te jednu ili više funkcija cilja.

    Funkcije ograničenja obuhvaćaju sva fizikalna i tehnička ograničenja koja proizlaze iz karakteristika materijala od kojih su izrađene komponente pogona (npr. krivulja magnetiziranja magnetskih limova, toplinske klase trajnih magneta i izolacijskih materijala), ograničenja zbog primjene međunarodnih normi (npr. IEC norme) te specifičnih zahtjeva vozila (npr. profil vožnje, maksimalni osovinski pritisak ili raspoloživi prostor za smještaj motora i pretvarača).

    Funkcije cilja predstavljaju izlazne karakteristike pogona (npr. masa pogona, ukupna cijena ili ukupni gubici energije ) za k oje se postupkom optimiranja želi postići minimalna ili maksimalna vrijednost.

    U sklopu projekta ELTRAC u programskom sustavu MATLAB razvijen je programski kod za višeciljno Pareto optimiranje pogona nisk opodnog tramvaja primjenom algoritma MIDACO (Mixed Integer Distributed Ant Colony Optimization).

    Blok shema softvera za optimizaciju pogona električnog tramvaja

    -1500

    -1000

    -500

    0

    -1500 -1000

    -500 0

    500 1000

    1500 -2000

    -1500

    -1000

    -500

    0

    500

    1000

    1500

    2000

    I d0max

    , AI q0max

    , A

    T e m

    , N

    m

    Standardni profil vožnje tramvaja Skalabilni model pogonskog motora sa stalnim magnetima Niskopodni tramvaj TMK2200

    Parametar Profil 1

    Maksimalna snaga u vuči 485 kW

    Maksimalna snaga u kočenju 1120 kW

    Maksimalna akceleracija 1 m/s2

    Maksimalna deceleracija 1,4 m/s2

    Masa praznog vozila 42 t

    Masa putnika 19,2 t

    Maksimalna brzina 70 km/h

    Prijeđeni put 1000 m

    Broj vučnih motora 4

    1.5 kHzfSW4.0 kHz

    Pareto fronte optimalnih rješenja

    0.7kR1.5

    U C

    1 U

    C 2

    UN

    I2

    I1

    I3

    UAN

    UBN

    UCN

    IP

    IN

    INP

    -UDC 2

    +UDC 2

    A

    B

    C

    N

    Usrednjeni model trorazinskog NPC pretvarača Postavke optimizacije pogona niskopodnog tramvaja

    Funkcije cilja

    normirani volumen pogonskog motora (kR)2kA

    srednji gubici motora i izmjenjivača na jednom standardnom ciklusu vožnje Psr

    Ograničenja nejednakosti

    gubici motora Pgm=(kR)2kAPFe0+kAPCu0core+ kAPCu0EW (skalirani iz referentnog modela)

    nadtemperatura PN spoja TJCMAX=45 K

    Varijable odluke

    faktor skaliranja motora u radijalnom smjeru kR - kontinuirana varijabla

    faktor skaliranja motora u aksijalnom smjeru kA - kontinuirana varijabla

    faktor prematanja motora kW - diskretna varijabla

    frekvencija sklapanja izmjenjivača fSW - kontinuirana varijabla

    Proračun

    kinematike

    vozila

    parametri

    vučnog

    profila

    P,M, n, θ Proračun

    nelinearni model

    pogonskog

    motora

    PFe, PCu

    Proračun brzog

    modela

    izmjenjivača

    parametri

    izmjenjivača

    Model PWM

    gubitaka motora

    Ploss,

    T1,2,3...

    Višekriterijska optimizacija mravljim algoritmom

    Iabc, Uabc...

    Varijable odluke: x1 … xn (kA, kR, kW, fSW)

    Evaluacija ponašanja sustava, izračun funkcije cilja i

    funkcije ograničenja

    parametri

    optimizacije

    (početno rješenje,

    granice…)

    Izračun

    parametara

    nelinearnog

    modela

    Skaliranje

    referentnog

    modela motora

    referentni

    model motora

    parametri

    skaliranja

    Proračun modela

    DC međukruga IDC, UDC

    IT1, IT2...

    ψpp Model gubitaka

    izmjenjivača i

    toplinski model

    izmjenjivača

    PPWM

    Okruženje za spregu modela

    Okruženje optimizacijskog algoritma

  • MODELIRANJE ZASIĆENIH SINKRONIH STROJEVA S POVRŠINSKIM TRAJNIM MAGNETIMA PRIMJENOM KONFORMNOGA PRESLIKAVANJA I MAGNETSKIH EKVIVALENTNIH KRUGOVA

    3

    Analitički i kombinirani analitičko-numerički modeli električnih strojeva omogućuju brze proračune i pogodni su za korištenje kod optimiranja dizajna stroja. Razvijena je iterativna metoda za proračun magnetskog polja u zračnom rasporu zasićenih sinkronih strojeva s površinskim trajnim magnetima bazirana na analitičko-numeričkom modelu. U proračune su uzeti u obzir nazubljenost statora, zasićenje željezne jezgre i promjena zasićenja s položajem rotora te lokalna promjena magnetizacije magneta zbog utjecaja vanjskog magnetskog polja u zračnom rasporu. Metoda koristi novi pristup u kombiniranju konformnih preslikavanja i magnetskih ekvivalentnih krugova te je implementirana za proračun strojeva s razlomljenim i cjelobrojnim namotom.

    Metoda za proračun implementirana je na nekoliko primjera strojeva s površinskim trajnim magnetima s različitim razinama zasićenja u dijelovima magnetskog kruga. Za stanje praznog hoda i nazivno opterećenje provedeni su proračuni valnih oblika indukcije u zračnom rasporu, momenta i napona. Predstavljen je iteracijski postupak proračuna induktiviteta i ulančenih tokova magneta metodom smrznutih permeabilnosti te proračun gubitaka u bakru, željezu i magnetima. U svrhu verifikacije metode svi dobiveni rezultati uspoređeni su s rezultatima tranzijentnih simulacija metodom konačnih elemenata.

    IZ,3IZ,3IZ,4IZ,4IZ,5IZ,5IZ,6IZ,6IZ,1 IZ,2

    IJS,2IJS,3IJS,4IJS,5IJS,6 IJS,1

    IZ,2 IZ,1

    IZD,3IZL,3IZD,4IZL,4IZD,5IZL,5IZD,6IZL,6IZD,1 IZL,2 IZD,2 IZL,1

    IZD,3IZL,3IZD,4IZL,4IZD,5IZL,5IZD,6IZL,6IZD,1 IZL,2 IZD,2 IZL,1

    I JR ,1

    I JR ,

Recommended

View more >