Projekti / Programi
Pretvorniki električne energije in regulirani pogoni
01. januar 2009
- 31. december 2013
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.12.00 |
Tehnika |
Električne naprave |
|
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| 2.03.00 |
Tehnika |
Energetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
mehkomagnetni kompoziti, trajni magneti, posebni električni stroji, obnovljivi viri energije, avtomobilska industrija, prečni transformator, tonfrekvenčni transformator, usmerniški transformator, nadzor stanja, diagnostika, linearni asinhronski motor, linearni sinhronski motor, linearni pogoni, elektromagnetno polje, močnostni stikalni pretvorniki, magnetne komponente, merilni pretvorniki, elektromagnetna združljivost (EMC), mikroprocesorska tehnika, gorivne celice, aktivni močnostni filtri, hibridni pogoni vozil
Raziskovalci (22)
Organizacije (1)
Povzetek
Izzivi in raziskave:
Alternativni viri energije (veter, sonce, gorivne celice...):
- Nove topologije in krmilni principi polprevodniških močnostnih pretvornikov s posebnimi zahtevami (visok izkoristek, visoka dinamika, EMC...)
- Gorivne celice s polimerno membrano
Ekologija (zmanjševanje emisij, varčevanje z energijo)
- Polprevodniški močnostni pretvorniki s posebnimi zahtevami (visok izkoristek, visoka dinamika, EMC...)
- Pretvorniki za izločanje težkih kovin iz galvanotehničnih odplak
- Konstruiranje električnih strojev (rotacijski, linearni, transformatorji) s čimvečjim izkoristkom
Hibridna in električna vozila
- Polprevodniški močnostni pretvorniki s posebnimi zahtevami (visok izkoristek, visoka dinamika, EMC...)
- Integrirani zaganjalnik-generator, tudi kot dodatni pogon vozila
Prehod s 14 V na 42 V napajanje v vozilih
- Polprevodniški močnostni pretvorniki s posebnimi zahtevami (visok izkoristek, visoka dinamika, EMC...)
- Integrirani zaganjalnik-generator
Mehkomagnetni kompozitni materiali, trajni magneti iz redkih zemelj
- Integrirani zaganjalnik-generator, tudi kot dodatni pogon vozila
- Drugi posebni stroji
Biomedicina
- Polprevodniški močnostni pretvorniki s posebnimi zahtevami (visok izkoristek, visoka dinamika, EMC...) za elektroporacijo celic (npr. elektrokemoterapija, genski inženiring)
Elektromagnetna združljivost (EMC)
- Polprevodniški močnostni pretvorniki s posebnimi zahtevami (visok izkoristek, visoka dinamika, EMC...)
- Metode proženja stikalnih elementov v pretvornikih (DTC pri izmeničnih motorjih, DCC pri aktivnih močnostnih filtrih)
- Nadaljnji študij komutacijskih prehodnih pojavov pri kolektorskih strojih za optimalizacijo njihove konstrukcije
Uvajanje trga z električno energijo
- Uravnavanje pretoka moči v EES: prečni transformator
- Komunikacija po visokonapetostnih vodih: tonfrekvenčni transformatorji
- Energetski transformatorji: iskanje optimalnih rešitev glede izgub, lokalnih pregrevanj, prenapetostnih nihanj in sil na navitjih
- Prenosni precizijski vir za umerjanje števcev električne energije
Zahtevni pogonski sistemi
- Diagnostika izmeničnih pogonov - razvoj ekspertnih sistemov
- Visokodinamični pogoni z linearnimi motorji (asinhronski, sinhronski)
- modeliranje polja (metoda končnih elementov)
- različni načini vodenja (skalarni U/f, vektorski v koordinatnem sistemu sekundarnega magnetnega polja)
- optimalno tokovno napajanje linearnih motorjev (pretvornik)
- obdelovalni stroji, dvigala, vozila
Pomen za razvoj znanosti
Opravljena raziskava o možnosti dušenja višjeharmonskih komponent napetosti pri sinhronskih generatorjih za preizkušanje energetskih transformatorjev je kot rezultat podala nov pristop na področju visokonapetostne tehnike. Posebna prednost predlagane metode je uporaba nizkonapetostnih komponent, saj je posamezni aktivni filter v sistem priključen na strani skupne nevtralne točke trifaznega navitja generatorja. Razvita je bila nova metoda vodenja preklopnega reluktančnega generatorja, ki omogoča zmanjšanje hrupnosti in zvišanje izkoristka stroja. Slednje je pomembno predvsem pri uporabi omenjenega tipa generatorja v vetrnih elektrarnah in mobilnih aplikacijah. Študija hibridnega filtra je bila zasnovana kot študija izvedljivosti kompaktnega filtra za enosmerne napajalne tokokroge, ki se je končala s poglobljenim pregledom dveh najprimernejših topologij in izgradnjo treh različnih prototipnih izdelkov. Predlagana rešitev filtra poveča slabljenje v nizkofrekvenčnem področju za 15 dB na način zmanjšanja energijskega neravnovesja, ki nastopa ob visokodinamičnem pretoku moči med napetostnim virom in bremenom. S tem se frekvenčna meja pasivnega filtra zviša, ob hkratnem zmanjšanju zunanjih dimenzij pasivnih komponent, ki pretežno zavise od sklopljene dušilke. Za vodilnega proizvajalca industrijskih merilnikov toka in napetosti MBS-AG (Nemčija) smo zasnovali in izdelali prototipni precizijski tokovni vir za umerjanje kompenziranih merilnikov toka. Tehnična zasnova izstopa zaradi uporabe hibridnega ojačevalnika, ki združuje pozitivne lastnosti stikalnega (visok energijski izkoristek) in linearnega ojačevalnik (majhno popačenje), ter na uporabi krmiljenega vira napajalne napetosti. Zaradi visokih zahtev glede doseganja točnosti in ponovljivosti meritev je bila posebna pozornost namenjena inovativni zasnovi vpenjalnega tokokroga. S teoretično raziskavo uporabnosti in z razvojem procesa izdelave mehkomagnetnih kompozitnih materialov smo postavili nove mejnike v oblikovanju tridimenzionalnih struktur kot gradnikov električnih strojev. Na podlagi analize z metodo končnih elementov smo oblikovali in optimirali strukturo električnega stroja s tridimenzionalno vodljivim magnetnim pretokom. V okviru raziskav mehkomagnetnih kompozitnih materialov smo na podlagi naravnih elektromagnetnih zakonitosti razvili matematični histerezni model materiala, ki nam omogoča boljše razumevanje elektromagnetnega dogajanja tako na mikroskopskem kot tudi na makroskopskem nivoju. V raziskavi vpliva izdelavnih netočnosti pri velikoserijski proizvodnji sinhronskih motorjev s trajnimi magneti na nivo samodržnega vrtilnega momenta smo razvili nov teoretičen pristop, s katerim natančno določimo vsebnost in nivoje dodatnih harmonskih komponent vrtilnega momenta, ki jih idealno izdelan motor ne vsebuje. Na ta način lahko definiramo tolerančne meje dovoljenih odstopanj dimenzij trajnih magnetov, da ostane delež izmeta pri izdelavi motorja na najnižjem nivoju. Pri raziskavah na področju diagnostike rotacijskih električnih strojev smo razvili nove pristope k zgodnji detekciji okvar, ki zagotavljajo neprekinjen avtomatiziran nadzor stanja tekom celotne življenjske dobe stroja. Pri sinhronskih generatorjih smo poglobljeno obravnavali kratke stike v vzbujalnih navitjih, pri asinhronskih motorjih pa okvare rotorske kratkostične kletke, ki jih je posebej v sodobnih zaprtozančnih pogonih težko detektirati. Razviti simulacijski model male hidroelektrarne z nizkim padcem omogoča poglobljene raziskave delovanja posameznih sklopov in znanstveno utemeljeno izbiro optimalni komponent za konkretno lokacijo ob upoštevanju realnih hidroloških podatkov.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati raziskovalnega dela programske skupine so tudi prototipi naprav, nove metode vodenja naprav s področja mehatronike, izboljšave izdelavnih postopkov in izvedbene študije. Večina dela je bila opravljena v sodelovanju s slovenskimi podjetji, ki imajo cilj ohraniti oz. izboljšati svoj položaj na svetovnem trgu. Tu bi izpostavili predvsem podjetja, ki dobavljajo tudi zahtevnejše sklope za avtomobilsko industrijo. V sodelovanju z industrijo smo oblikovali in izdelali orodja za serijsko proizvodnjo električnega stroja s tridimenzionalno vodljivim magnetnim pretokom. Orodja omogočajo izdelavo električnih strojev zelo visokih gostot navora z geometrijsko miniaturizacijo celotne strukture stroja. Pri izdelavi testnih mehkomagnetnih kompozitnih jeder smo uporabili lastne surovine kot tudi tiste, ki so komercialno dosegljive. Stroj iz mehkomagnetnega kompozitnega materiala je enostavnejši za proizvodnjo in je v podjetju Kolektor že pripravljen do faze trženja. Predlagani pristop pri odpravi višjih harmonskih komponent v izhodni napetosti sinhronskih generatorjev je bil razvit v sodelovanju s ključnim proizvajalcem energetskih transformatorjev v Sloveniji. Glede na obetavne rezultate testiranj bi vpeljava rešitve v proizvodni proces podjetja predstavljala precejšnjo konkurenčno prednost pred ostalimi proizvajalci na svetovnem trgu. Opravljeno raziskovalno delo na področju izboljšav postopka merjenja magnetnih lastnosti mehkomagnetnih materialov omogoča industrijskemu partnerju ohranjanje in pridobivanje novih poslov doma in v tujini. Na področju energetskih transformatorjev smo razvili nov vezni model transformatorja za določanje poteka udarne napetosti vzdolž navitij. Na podlagi modela je omogočena določitev zaščitnih elementov transformatorja pred škodljivimi prenapetostmi (udar strele in stikalni manevri). S tem je zaščita energetskega transformatorja zanesljivejša in stroškovno optimalna. Nov pristop analize samodržnega vrtilnega momenta je v celoti prenešen v industrijsko prakso slovenskega proizvajalca električnih komponent za avtomobilsko industrijo. Izsledki raziskave so občutno povečali kvaliteto izdelave motorjev in s tem konkurenčnost podjetja na svetovnem trgu. Razviti diagnostični sistemi za nadzor stanja sinhronskih generatorjev in asinhronskih motorjev so instalirani v termo in hidro energetskih objektih v Sloveniji in skrbijo za nemoteno obratovanje pomembnih komponent v sklopu elektrarn. V Sloveniji je do sedaj veljalo, da izkoriščanje hidro potenciala pri ekstremno nizkih padcih ni rentabilno. Z raziskavo in razvitim simulacijskim modelom smo dokazali, da je z uporabo sodobne tehnologije (Arhimedova turbina, pretvorniško voden asinhronski generator) tudi na takšnih rekah možno ekonomsko upravičeno proizvajati električno energijo in to brez poseganja v prostor, saj je energetska izraba vodnega potenciala takšnih vodotokov na lokacijah opuščenih mlinov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
