Napredni elektromotorni pogoni za primjene u vuči Advanced Electric Drives for Traction Applications

Σχετικά έγγραφα
Ovisnost ustaljenih stanja uzlaznog pretvarača 16V/0,16A o sklopnoj frekvenciji

Primjene motora novih tehnologija

INTELIGENTNO UPRAVLJANJE

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

ELEKTROMOTORNI POGONI S IZMJENIČNIM MOTORIMA

ELEKTROMOTORNI POGONI Laboratorijske vježbe

Novi Sad god Broj 1 / 06 Veljko Milković Bulevar cara Lazara 56 Novi Sad. Izveštaj o merenju

Upravljanje u mehatroničkim sustavima

STATIČKE KARAKTERISTIKE DIODA I TRANZISTORA

ELEKTROMOTORNI POGONI Laboratorijske vježbe

Zadaci za pripremu. Opis pokusa

ELEKTROMOTORNI POGONI - AUDITORNE VJEŽBE

Tranzistori s efektom polja. Postupak. Spoj zajedničkog uvoda. Shema pokusa

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 2 DIODA I TRANZISTOR

UZDUŽNA DINAMIKA VOZILA

Računarska grafika. Rasterizacija linije

Iz zadatka se uočava da je doslo do tropolnog kratkog spoja na sabirnicama B, pa je zamjenska šema,

L E M I L I C E LEMILICA WELLER WHS40. LEMILICA WELLER SP25 220V 25W Karakteristike: 220V, 25W, VRH 4,5 mm Tip: LEMILICA WELLER. Tip: LEMILICA WELLER

Osnove elektromotornih pogona Laboratorijske vježbe

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

ELEKTRIČNI AKTUATORI Ak. god. 2011/2012.

PARNA POSTROJENJA ZA KOMBINIRANU PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLINSKE ENERGIJE (ENERGANE)

Konstruisanje. Dobro došli na... SREDNJA MAŠINSKA ŠKOLA NOVI SAD DEPARTMAN ZA PROJEKTOVANJE I KONSTRUISANJE

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

IZRAČUNAVANJE POKAZATELJA NAČINA RADA NAČINA RADA (ISKORIŠĆENOSTI KAPACITETA, STEPENA OTVORENOSTI RADNIH MESTA I NIVOA ORGANIZOVANOSTI)

Grafičko prikazivanje atributivnih i geografskih nizova

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

konst. Električni otpor

Srednjenaponski izolatori

Snage u kolima naizmjenične struje

nvt 1) ukoliko su poznate struje dioda. Struja diode D 1 je I 1 = I I 2 = 8mA. Sada je = 1,2mA.

UČINSKI PRETVARAČI ZA EMP s ASINKRONIM STROJEM

= 6.25 Ω I B1 = 3U =529 Ω I B2 = 3U = 1905 Ω I B3G = 3U

UZDUŽNA DINAMIKA VOZILA

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

TROŠAK KAPITALA Predmet: Upravljanje finansijskim odlukama i rizicima Profesor: Dr sci Sead Mušinbegovid Fakultet za menadžment i poslovnu ekonomiju

Periodičke izmjenične veličine

TRANSFORMATORI. opća mreža (400 kv - izbacivanje 220kV) razdjelna mreža (110, 35, 20 kv) (izbacivanje 10 kv) na 400 kv.

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

Računarska grafika. Rasterizacija linije

Izolacioni monofazni transformator IMTU6080CV1

PROSTORNI STATIČKI ODREĐENI SUSTAVI

Tip ureappleaja: ecovit Jedinice VKK 226 VKK 286 VKK 366 VKK 476 VKK 656

ELEKTROMOTORNI POGONI SA ASINHRONIM MOTOROM

Kaskadna kompenzacija SAU

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

VELEUČILIŠTE U RIJECI Prometni odjel. Zdenko Novak 1. UVOD

10. BENZINSKI MOTOR (2)

Dimenzioniranje nosaa. 1. Uvjeti vrstoe

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

BIPOLARNI TRANZISTOR Auditorne vježbe

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Trofazni sustav. Uvodni pojmovi. Uvodni pojmovi. Uvodni pojmovi

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

Reaktancije transformatora (1) Dvonamotni transformatori

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

Program testirati pomoću podataka iz sledeće tabele:

4. Regulacija AM u KSP V. Ambrožič: Izabrana predavanja iz UEMP, TF Rijeka 4. VEKTORSKA REGULACIJA ASINKRONOG MOTORA

Masa, Centar mase & Moment tromosti

numeričkih deskriptivnih mera.

3525$&8158&1(',=$/,&(6$1$92-1,095(7(120

18. listopada listopada / 13

Opća bilanca tvari - = akumulacija u dif. vremenu u dif. volumenu promatranog sustava. masa unijeta u dif. vremenu u dif. volumen promatranog sustava

EKONOMIČNA PROIZVODNJA I RACIONALNO KORIŠTENJE ENERGIJE

TRANSFORMATORI. Zakoni sličnosti, zagrijavanje i hlađenje, vijek trajanja, tipska snaga, autotransformator, prenaponi, natpisna pločica

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

PRETHODNI PRORACUN VRATILA (dimenzionisanje vratila)

( , 2. kolokvij)

Metode rješavanja električnih strujnih krugova

TREĆA LABORATORIJSKA VEŽBA

Regulisani elektromotorni pogoni sa mašinama jednosmerne struje

radni nerecenzirani materijal za predavanja

Peta vežba Vektorsko upravljanje asinhronim motorom

10. STABILNOST KOSINA

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

BETONSKE KONSTRUKCIJE 3 M 1/r dijagrami

ELEKTROMOTORNI POGONI

Impuls i količina gibanja

, Zagreb. Prvi kolokvij iz Analognih sklopova i Elektroničkih sklopova

PREDNAPETI BETON Primjer nadvožnjaka preko autoceste

LOGO ISPITIVANJE MATERIJALA ZATEZANJEM

Mjerna pojačala. Na kraju sata student treba biti u stanju: Mjerna pojačala. Ak. god. 2008/2009

Magneti opis i namena Opis: Napon: Snaga: Cena:

Primena asinhronih motora u električnoj vuči. Pantić Željko, laboratorija za mikroprocesorsko upravljanje elektromotornim pogonima

ELEKTRIČNA POSTROJENJA

Zašto hibridna vozila?

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

Električna pogonska tehnika

BRODSKI ELEKTRIČNI UREĐAJI. Prof. dr Vladan Radulović

PRORAČUN GLAVNOG KROVNOG NOSAČA

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

Transcript:

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA Predstavljanje projekta Napredni elektromotorni pogoni za primjene u vuči Advanced Electric Drives for Traction Applications Voditelj: Izv. prof. dr. sc. Damir Žarko ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVO I AUTOMATIZACIJU Ovaj rad je financirala Hrvatska zaklada za znanost projektom broj IP-11-2013-7801

O projektu Naziv: Engleski naziv: Napredni elektromotorni pogoni za primjene u vuči Advanced Electric Drives for Traction Applications (ELTRAC) Voditelj: Izv. prof. dr. sc. Damir Žarko Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike Korisnik: i računarstva Vrijednost: 971.500,00 kn Izvor financiranja: Hrvatska zaklada za znanost Trajanje: od 01.10.2014 do 30.9.2018 2

Motivacija Energetska politika Europske unije u području transporta razvoj energetski djelotvornijih prijevoznih sredstava i smanjenje njihova utjecaja na okoliš s obzirom na emisiju stakleničkih plinova elektrifikacija i preusmjeravanje cestovnog prometa na željeznicu 29.5.2015. 3

Opis problema tradicionalni pristup projektiranju elektromotornih pogona stavlja naglasak na komponente sustava ne uzimajući u obzir u dovoljnoj mjeri spregu među pojedinim komponentama i ne osigurava optimalno vladanje cjelokupnog sustava vuče nedovoljno su razvijeni postupci koji na sustavan način uzimaju u obzir ukupne troškove pogona u životnom vijeku vozila prilikom projektiranja njegovih komponenata i sustava upravljanja 4

Glavni cilj Ciljevi projekta Unapređenje metoda projektiranja i razvoja elektromotornih pogona za vučna vozila Specifični ciljevi razvoj programskih alata za računalom podržano projektiranje komponenata elektromotornih pogona za primjenu u vuči razvoj programskog okruženja za dinamičko simuliranje vučnog sustava i njegovih performansi razvoj metode određivanja temperature silicija učinskih poluvodičkih komponenata u stvarnim pogonskim uvjetima razvoj skaliranih modela učinskih pretvarača za eksperimentalno ispitivanje modulacijskih tehnika i upravljačkih algoritama te utvrđivanje djelotvornosti pretvarača razvoj i eksperimentalno ispitivanje upravljačkih sustava za elektromotorne pogone baziranih na modelskom prediktivnom upravljanju 5

Metodologija 6

Projektni tim Izv. prof. dr. sc. Damir Žarko - voditelj projekta Prof. dr. sc. Ivan Gašparac Prof. dr. sc. Željko Jakopović Prof. dr. sc. Fetah Kolonić Prof. dr. sc. Zlatko Maljković Prof. dr. sc. Viktor Šunde Izv. prof. dr. sc. Mario Vražić Izv. prof. dr. sc. Jadranko Matuško Dr. sc. Stjepan Stipetić Dr. sc. Neven Čobanov Zlatko Hanić, dipl. ing. Šandor Ileš, dipl. ing. Marinko Kovačić, dipl. ing. Dr. sc. Ivan Mrčela Tanja Poljugan, dipl. ing. Goran Rovišan, dipl. ing. Tino Jerčić, mag. ing. 7

Organizacija projekta (radni paketi) RP1: Estimacija temperature učinskih poluvodičkih sklopki u radnim uvjetima, u cilju zaštite i veće djelotvornosti iskoristivosti učinskih pretvarača (mjesec 1 do 48) RP2: Razvoj skaliranog modela diodno pritegnutog trorazinskog pretvarača (mjesec 12 do 48) RP3: Razvoj skaliranog modela dvorazinskog trofaznog pretvarača s četiri grane (mjesec 1 do 36) RP4: Razvoj računalnih alata za simulaciju dinamičkog vladanja sustava vuče (mjesec 1 do 36) RP5: Razvoj modelskog prediktivnog upravljanja sinkronog motora s trajnim magnetima za primjene u električnoj vuči (mjesec 1 do 36) RP6: Razvoj programskih alata za računalom podržano projektiranje komponenata elektromotornog pogona za primjenu u vuči (mjesec 1 do 48) RP7: Integracija fizičkih i softverskih komponenti u eksperimentalni model sustava vučnog pogona, testiranje i verifikacija (mjesec 36 do 48) RP8: Diseminacija rezultata (mjesec 1 do 48) 8

Struktura projekta Komponente Učinski pretvarači Motori Transformatori RP1 RP2 RP3 RP7 RP8 Upravljanje RP4 RP6 RP4 RP5 Razvojni softver 9

Dinamičko modeliranje sustava vuče CILJEVI razvoj reduciranih modela komponenata sustava vuče pogodnih za integraciju u jedinstveni programski alat izrada programskog alata za brzu simulaciju dinamičkog vladanja sustava električne vuče upotreba alata unutar optimizacijskog algoritma u svrhu poboljšanja karakteristika pogona 29.5.2015. 10

Dinamičko modeliranje sustava vuče OSTVARENJE CILJEVA primjena usrednjenih modela učinskih pretvarača izrada kvazianalitičkih nelinearnih modela motora, pretvarača, transformatora i mehanike vozila korištenje unificiranog i strogo definiranog sučelja među modelima 29.5.2015. 11

Dinamičko modeliranje sustava vuče Zahtjevi na alat za dinamičko modeliranje sustava vuče alat mora obuhvatiti sve komponente u lancu prijenosa energije na pogonske motore (motore, pogonske pretvarače, mrežne pretvarače, transformator, filtre ) brzo izvođenje svih modela u lancu izračuna zbog upotrebe optimizacijskog algoritma reduciranost modela bez značajnog smanjenja točnosti izračuna potrebnih podataka (električkih, mehaničkih i toplinskih veličina) 29.5.2015. 12

Dinamičko modeliranje sustava vuče Idejna blok shema nadređenog računalnog alata za dinamičku simulaciju sustava vuče s naglaskom na poveznicu s optimizacijskim algoritmom parametri optimizacije (početno rješenje, granice ) Nadređena optimizacijska metoda Izlazni vektor optimizacije: x 1 x n parametri modela parametri modela parametri modela parametri modela parametri vučnog profila Model mehanike i motora, zakon upravljanja strujom I abc, U abc, P, Q... Model učinskog pretvarača pogonskih motora I DC, U DC... Model mrežnog učinskog pretvarača I a, U a, THD... Model mrežnog transformatora P g, T 1,2,3... P g, T 1,2,3... P g, T 1,2,3... P g, T 1,2,3... Evaluacija ponašanja sustava, izračun funkcije cilja i funkcije ograničenja 29.5.2015. 13

Dinamičko modeliranje sustava vuče Primjer jednostavnog alata za slijednu simulaciju ponašanja pogonskog sustava tramvaja parametri modela parametri modela parametri vučnog profila Model mehanike i motora, zakon upravljanja strujom I abc, U abc, P, Q... Model učinskog pretvarača pogonskih motora I DC, U DC, P g, T 1,2,3... parametri pretvarača I abc, U abc, P, Q... Izračun modela Model gubitaka DC međukruga Izračun raspodjela struja po sklopkama (usrednjeni model) poluvodičkih elemenata model pretvarača I DC, U DC I T1avg, I T1max... Toplinski model poluvodiča P T1, P D1, P tot... I DC, U DC, P g, T 1,2,3... 29.5.2015. 14

Napon, p.u. Struja, p.u. Napon, Struja, p.u. Moment, Brzina, p.u. Dinamičko modeliranje sustava vuče 3 model pogonskog motora i upravljačkog sustava reduciran je na razinu upravljanja strujom na temelju podataka o zadanom vučnom profilu (brzina, moment) računaju se referentne struje u dq sustavu kako bi se zadovoljili zahtjevi vuče. iz naponskih jednadžbi motora dobivaju se statorski naponi koje pretvarač mora narinuti na motor 2 1 0! 1 Moment motora Brzina motora! 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1:5 1 0:5 Vrijeme, s 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 1 Vrijeme, s I d struja I q struja Napon statora Us Struja statora I s 0 ω* Vozač ili Regulator i s * i sl * MTPA ili FW i d * i q * Jed. Moment M m Model mehanike ω 1 s Θ! 1! 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vrijeme, s 1 i d * i q * Jed. Napona u d u q 0 Uds napon Uqs napon! 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vrijeme, s 29.5.2015. 15

Dinamičko modeliranje sustava vuče ulazni podaci za model pretvarača su struje i naponi izračunati modelom motora model pretvarača reducira se na model usrednjen na sklopnoj periodi faktori vođenja računaju se iz podataka napona motora i napona DC međukruga Napon, V Struja, A Struja, A Napon, V strujno-naponski odnosi na svim komponentama pretvarača računaju se usrednjenim modelom 750 700 650 600 Napon DC medjukruga, vc 550 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 0 100 50 Struja DC meukruga, idc Struja ko5cionog sklopa Vrijeme, s! 200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vrijeme, s +U DC 2 0 Struja neutralne tocke T 11 D 11 T 12 D 12 T 13 D 13! 50 UC1 C 1 D 51 D 52 D 53! 100 10 10:02 10:04 10:06 10:08 10:1 10:12 10:14 10:16 10:18 10:2 T 21 D 21 T 22 D 22 T 23 D 23 Vrijeme, s U NP 295 I NP C 2 T 31 D 31 T 32 D 32 T 33 D 33 UC2 290 D 61 T 41 D 41 D 62 T 42 D 42 D 63 T 43 D 43 Napon na C1 -U DC 2 I 1 I 2 I 3 285 10 10:02 10:04 10:06 10:08 10:1 10:12 10:14 10:16 10:18 10:2 Vrijeme, s Napon na C2 29.5.2015. 16

Usrednjeni model pretvarača usrednjeni model pretvarača može se proširiti i upotrijebiti u izračunu gubitaka na pojedinim elementima za izračun gubitaka relevantna je srednja struja kroz ventil, vršna vrijednost struje i informacija da li ventil sklapa +U DC 2 UC1 U NP C 1 C 2 D 5 T 1 T 2 T 3 D 1 D 2 I 1 D 3 razradom topologije moguće je definirati tablicu raspodjele struje na ventilima u ovisnosti o izlaznoj struji i faktoru vođenja UC2 -U DC 2 D 6 T 4 D 4 29.5.2015. 17

Toplinski model pretvarača toplinski model poluvodiča kao ulaz koristi izračunatu snagu gubitaka na svakom od poluvodiča parametri modela iščitavaju se iz kataloških podataka proizvođača (prijelazna toplinska impedancija) ukoliko parametri nisu dostupni, identifikacija parametara toplinskog modela se dobiva na temelju kataloške krivulje toplinske impedancije 29.5.2015. 18

Nadtemperatura, degc Nadtemperatura, degc Snaga, W Snaga, W Nadtemperatura, degc Nadtemperatura, degc Snaga, W Rezultati modela pretvarača - primjer izlaz modela pretvarača su gubitci i temperature na cijelom profilu vožnje gubitci se raščlanjuju na gubitke vođenja i gubitke sklapanja temperature se određuju na svim poluvodičkim ventilima unutar topologije Porast temperature na 2L pretvaraču Porast temperature na 3L pretvaraču T1 i D1 1500 1000 Snaga gubitaka 2L Snaga gubitaka 3L 60 60 500 50 40 30 20 10 T 11 2L D 11 2L 0 0 20 40 60 80 100 Vrijeme, s Porast temperature na 3L pretvaraču T2 i D2 50 40 30 20 10 T 11 3L D 11 3L 0 0 20 40 60 80 100 Vrijeme, s Porast temperature na 3L pretvaraču NPC dioda D5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vrijeme, s 1500 1000 500 Snaga gubitaka vodjenja 2L Snaga gubitaka vodjenja 3L 60 50 40 30 T 12 3L D 12 3L 60 50 40 30 D 15 3L 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1500 1000 Snaga gubitaka sklapanja 2L Snaga gubitaka sklapanja 3L 20 10 20 10 500 29.5.2015. 0 0 20 40 60 80 100 Vrijeme, s 0 0 20 40 60 80 100 Vrijeme, s 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vrijeme, s 19

Učinski pretvarači RADNI PAKETI Određivanje radne temperature učinskih poluvodičkih sklopki pretvarača u stvarnim radnim uvjetima (RP1) Razvoj skaliranog modela diodno pritegnutog trorazinskog pretvarača (3L-NPC) (RP2) Razvoj skaliranog modela dvorazinskog trofaznog pretvarača s četiri grane (RP3) 20

Učinski pretvarači CILJEVI povećanje djelotvornosti pretvarača smanjenje izmjera i mase pretvarača povećanje pouzdanosti i životnog vijeka 21

Učinski pretvarači OSTVARENJE CILJEVA primjenom višerazinskih i višegranskih topologija primjenom odgovarajućih modulacija i metoda upravljanja optimalnim korištenjem poluvodičkih komponenata (praćenje i nadzor temperature poluvodiča) 22

Učinski pretvarači RP1 - ODREĐIVANJE RADNE TEMPERATURE UČINSKIH POLUVODIČKIH SKLOPKI U RADNIM UVJETIMA razvoj elektrotoplinskog modela učinske poluvodičke sklopke za simulacijsko ispitivanje karakteristika predloženog uređaja za određivanje temperature odabir tehnologije ostvarenja uređaja za određivanje temperature (unutar pobudnog stupnja ili izdvojeno) izrada i ispitivanje uređaja za određivanje temperature u radnim uvjetima 23

Učinski pretvarači 24

Učinski pretvarači RP2 - RAZVOJ SKALIRANOG MODELA 3L- NPC PRETVARAČA razvoj simulacijskog modela 3L-NPC pretvarača izrada skaliranog fizičkog modela pretvarača ispitivanje različitih modulacijskih postupaka i algoritama upravljanja, te usporedba s dvorazinskim pretvaračima optimiranje odabrane modulacije ispitivanje pretvarača s optimiranom modulacijom i upravljačkim algoritmom 25

Učinski pretvarači S a1 S b1 S c1 C 1 D a3 D b3 D c3 U DC N S' a2 S' b2 S' c2 a b c S' a1 S' b1 S' c1 C 2 D a4 D b4 D c4 S a2 S b2 S c2 26

Učinski pretvarači RP3 - RAZVOJ SKALIRANOG MODELA 4-GRANSKOG PRETVARAČA razvoj skaliranog fizičkog modela pretvarača ispitivanje sklopovlja pretvarača ispitivanje različitih modulacijskih postupaka i algoritama upravljanja ispitivanje pretvarača s optimiranom modulacijom i upravljačkim algoritmom razvoj i ispitivanje visokonaponskog para IGBT sklopki 27

Učinski pretvarači 28

Motori i transformatori RADNI PAKETI razvoj programskih alata za računalom podržano projektiranje komponenata elektromotornog pogona za primjenu u vuči (RP6) 29

Motori i transformatori CILJEVI razvoj metoda za vremenski učinkovito projektiranje komponenata pogona uzimajući u obzir rad pogonskog sustava u cjelini izrada programskih alata za modeliranje komponenata dimenzioniranje komponenata primjenom matematičkog optimiranja 30

Programski alati komercijalni: SPEED, MotorCAD, Infolytica MagNet, Comsol, VISSIM, PLECS, Code Composer Studio IDE, Ansoft SIMPLORER vlastiti: Matlab+SPEED, Matlab+MotorCAD, Matlab+Comsol, Matlab/Simulink 31

Motori i transformatori OSNOVNI PRISTUP PROJEKTIRANJU inicijalna optimizacija pojedinačnih komponenata pogona referentni dizajn modeliranje utjecaja parametara komponenata pogona na njegove performanse u cjelini parametarska optimizacija komponenata pogona uz minimizaciju funkcije cilja (npr. ukupna cijena pogona) i zadovoljenje funkcija ograničenja (npr. dozvoljene temperature namota) 32

Motori i transformatori PRIMJENA ZAKONA SLIČNOSTI U MODELIRANJU POGONSKIH MOTORA I TRANSFORMATORA motor (referentni dizajn) aksijalno i radijalno skaliranje, prematanje nove dimenzije, novi parametri i karakteristike transformator (referentni dizajn) skaliranje linijskih dimenzija i prematanje nove dimenzije, novi parametri i karakteristike skaliranjem se ne mijenja optimalnost referentnog dizajna proračun parametara skaliranog modela je vrlo brz i jednostavan 33

Modeliranje ventilacije i zagrijavanja vučnih motora Proširenje osnovnih zakona sličnosti uzimanjem u obzir utjecaja geometrijskog skaliranja na ventilaciju i zagrijavanje motora + = Model ventilatora Model za određivanje sistemskog otpora Cjelovit model rashladnog sustava 34

Modeliranje ventilacije i zagrijavanja vučnih motora analitičko modeliranje sistemskog otpora i karakteristike ventilatora aksijalno i radijalno skaliranog motora brzo i pouzdano određivanje protoka zraka u skaliranom motoru korekcija performansi motora izračunatih na temelju osnovnih zakona sličnosti uzimanjem u obzir promijenjene ventilacije i zagrijavanja skaliranog motora 35

Modeliranje vučnih transformatora inicijalni proračun parametara referentnog dizajna vučnog transformatora (naponi kratkog spoja, elementi nadomjesne sheme) proračun dinamičkog profila struje transformatora tijekom ciklusa vožnje proračun gubitaka u željezu i bakru primjena zakona sličnosti na transformator promijenjenih dimenzija i promijenjenog broja zavoja (preračunavanje napona kratkog spoja, otpora i induktiviteta namota, gubitaka u bakru i željezu, dodatnih gubitaka i zagrijavanja) VN1 do VN4 : visokonaponski namot M1 do M4: vučni motorski namoti F1-F2: Filterski namot G: Namot za grijanje P: Namot za napajanje pomoćnih pogona Primjer vučnog transformatora za Končar EMV 36

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče RADNI PAKETI razvoj modelskog prediktivnog upravljanja sinkronog motora s trajnim magnetima za primjene u električnoj vuči (RP5) 37

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče CILJEVI razvoj prediktivnog algoritma upravljanja za elektromotorne pogone primjenom simulacijskih modela pogona vuče razvoj računalno učinkovitih algoritama prediktivnog upravljanja za pogone električne vuče zasnovanih na brzim gradijentnim postupcima 29.5.2015. 38

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče MODELSKO PREDIKTIVNO UPRAVLJANJE 29.5.2015. 39

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče MODELSKO PREDIKTIVNO UPRAVLJANJE 29.5.2015. 40

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče IZRAVNO PREDIKTIVNO UPRAVLJANJE 29.5.2015. 41

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče PWM PREDIKTIVNO UPRAVLJANJE 29.5.2015. 42

Prediktivno upravljanje u sustavima vuče OPTIMALNO UPRAVLJANJE SUSTAVOM VUČE 29.5.2015. 43

Eksperimentalni model RADNI PAKETI integracija fizičkih i softverskih komponenti u eksperimentalni model sustava vučnog pogona, testiranje i verifikacija (RP7) 44

CILJEVI Eksperimentalni model eksperimentalna verifikacija upravljanja elektromotornim pogonom vučnog vozila temeljena na modelskom prediktivnom upravljanju primjena skaliranog laboratorijskog modela vučnog vozila koji se sastoji od: dva mehanički povezana električna stroja s trajnim magnetima od kojih će jedan simulirati opterećenje, a drugi će simulirati pogonski motor vozila, dva učinska pretvarača sa zajedničkim istosmjernim međukrugom, mjernog sustava za prikupljanje podataka za mjerenje električnih (napon, struja), mehaničkih (brzina, moment) i toplinskih (temperature namota) veličina kako bi se utvrdile performanse sustava (potrošnja energije, dinamika, ). 45

Laboratorijska infrastruktura 46

Ispitno postolje koncept terećenja svi pokusi obavljaju se s minimalnim utroškom energije koji pokriva gubitke u strojevima i energetskim pretvaračima omogućen motorski i generatorski režim rada vučnog motora mogućnost simulacije opterećenja vučnog motora tijekom ciklusa vožnje vučnog vozila (zalet, vožnja konstantnom brzinom, kočenje, mirovanje) ELEKTRONIČKI ENERGETSKI PRETVARAČ ISPRAVLJAČ IZMJENJIVAČ P gubitaka(os) OPTERETNI STROJ sinkroni stroj s trajnim magnetima (LPMR450) P mreža =P gubitaka(eep+os+vm) ISTOSMJERNI MEĐUKRUG KOČNICA P električna P gubitaka(eep) MJERAČ MOMENTA IZMJENJIVAČ P mehanička P gubitaka(vm) VUČNI MOTOR sinkroni motor s trajnim magnetima 47

Ispitno postolje osnovne komponente Opteretni stroj TEMA LPMR450 Snaga: 450 kw Napon: 400 V Struja: 596 A Brzina: 1800 min -1 Maks. brzina: 4000 min -1 Moment: 2389 Nm Korisnost: 96,3 % Hlađenje: vodom Frekvencijski pretvarač ABB ACS800 Tip: ACS800-07-1540-5 Ulazni napon: 500 V Ulazna struja: 1596 A Izlazna struja: 3x 700 A Izlazna frek.: 0 300 Hz Sklopna frek.: 2-3 khz Davač momenta HBM T40 Maks. moment: 3000 Nm Maks. brzina: 15000 min -1 Klasa: 0,05 % Veza: Ethernet UDP 48

Frekvencijski pretvarač Proizvođač: Cognitio elektronika d.o.o. Tip: O4L-500 Osnovne karakteristike izlazna struja: min. 500 Arms napon DC međukruga 50 800 V frekvencija sklapanja: min 5 khz @ 500 Arms tip hlađenja: Prisilno zrakom zaštite od prenapona, prekostruje i nadtemperature potpuno otvoren digitalni upravljački sustav pogodan za korištenje programskog jezika C mogućnost rada s aritmetikom s pomičnim zarezom Proizvođač je implementirao osnovnu regulacijsku strukturu strujnog upravljanja motorom 49 29.5.2015 49

Vučni motor s trajnim magnetima Proizvođač: Končar-MES Tip: IPM225 Napon: 400 V Maksimalna brzina: 5000 min -1 Klasa izolacije: H Temperature okoline: 40 C Hlađenje: zrakom Mehanička zaštita: IP54 Pogon MOT GEN n,min -1 f, Hz P, kw U, V I, A cosϕ Inst. * 1700 113,33 126,5 280 320 0,84 Inst. * 2700 180 126,5 400 211 0,90 Inst. * 4200 280 126,5 400 192 0,99 Inst. * 2670 178-284,5 444 450 0.79 Inst. * 3240 216-284,5 520 368 0.83 Inst. * 4200 280-284,5 520 321 0,94 S1 * 2380 158,67 118,5 356 222,7 0,89 S1 * 2680 178,67 133,6 400 222,7 0,89 S1 * 4200 280 147,7 400 222,7 1 50

Mjerna oprema Električne veličine mjerenje napona Dewesoft Sirius HS, do 1000 V rms, 1 MSPS, istovremeno uzorkovanje, tri kanala, fazni napon mjerenje struja mjerni pretvornici: LEM LF-1005S, 1000 A rms, 0,4 % Dewesoft Sirius HS, 10 V, 1 MSPS, tri kanala Temperature mjerenje struja: SIMEX CMC-99, 8xPT100, 8xTC, LAN komunikacija s Dewesoft sustavom Mehaničke veličine mjerenje momenta na osovini: HBM T40, 3000 Nm, 0,05 %, + HBM TIM40 modul s LAN komunikacijom prema Dewesoft sustavu mjerenje kuta rotora i mehaničke brzine: Wachendorff inkrementalni enkoder, 2048 ppr, direktni spoj s Dewesoft Sirius HS sustava preko ulaza za brojač 51

Ispitni pult ispitni pult je osmišljen na način da osigura sigurno vođenje ispitivanja stroja velika radna površina osigurava dovoljno mjesta za smještaj mjerne i pomoćne opreme svi signali s ispitivanog stroja dovedeni su na konektore na pultu i omogućuju brzo spajanje različitih akvizicijskih sustava na prednjoj ploči pulta ugrađeni su instrumenti za kontrolu temperature ispitivanog i opteretnog stroja ispitni pult je opremljen izolacijskim transformatorom koji se koristi za napajanje računala i mjerne opreme na bočnim stranama izveden je veći broj jednofaznih i trofaznih utičnica tipkalo za isklapanje u nuždi omogućuje brzi isklop ispitnog postolja 52

Diseminacija RADNI PAKETI diseminacija rezultata (RP8) 53

Internetska stranica projekta http://eltrac.fer.hr/eltrac 54

Ostali oblici diseminacije znanstveni članci u časopisima i na međunarodnim i domaćim konferencijama predstavljanje rezultata projekta na javnim predavanjima i laboratorijskim demonstracijama nastupi u medijima (specijalizirani časopisi, televizija, ) 55

Suradnja s gospodarstvom Kroz rad na projektu s ciljem postizanja što boljih rezultata želimo surađivati s tvrtkama: KONČAR Distributivni i specijalni transformatori d.d. KONČAR Električna vozila d.d. KONČAR Elektronika i informatika d.d. KONČAR Generatori i motori d.d. KONČAR Institut za elektrotehniku d.d. KONČAR Mali električni strojevi d.d. Tvornica željezničkih vozila Gredelj d.o.o. Cognitio elektronika d.o.o. 56