Rekonfigurerbara lindningar i elektriska drivsystem
- Diarienummer
- ID19-0028
- Projektledare
- Peretti, Luca
- Start- och slutdatum
- 200101-241231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
ReWinD syftar till att utnyttja den senaste kontroll- och informationsteknologiforskningen för att skapa ett omkonfigurerbart elektrisk drivsystem, och uppnår riktig feltolerans, där systemdrift fortsätter trots förlusten av en elektrisk fas. Det omkonfigurerbara drivsystem består av: - En elektrisk maskin med konfigurerbart antal faser och poler, som kan väljas i realtid av kontrollen; - En frekvensomvandlare topologi som passar alla maskinkonfigurationer och ger hårdvaruisolering för riktig feltolerans. - Ett styrsystem för bästa driften av maskinen + omvandlaren, med medfödd feldiagnostik och omkonfigurerbarhet för att möjliggöra riktig feltolerans. Trots att det handlar mycket om kontroll- och informationstekniken är projektet tvärvetenskapligt eftersom det kräver kompetens inom elmaskindesign och kraftelektronik. Planen är att först analysera befintliga maskinfas / polkonfigurationer med hänsin till transport och kraftgenereringsapplikationer, testa kraftelektronikmodulerna för frekvensomvandlaren och analysera, simulera, implementera och testa en kontrollstrategi med feldiangnostik och rekonfigurationsfunktioner. Förväntan är att demonstrera ett experimentellt 15-kW omkonfigurerbart drivsystem som den ultimata demonstratören för att ta itu med samhällsutmaningar som tillförlitligare elproduktion (generatorer) och konsumtion (transport), med en stor ökning av systemtillgängligheten genom riktig feltolerans.
Populärvetenskaplig beskrivning
Den moderna roterande elektriska maskinen, trefasmaskinen, uppfanns för över 120 år sedan och visade sig bli en oumbärlig resurs i dagens samhälle. Trefasmaskiner återfinns idag i allt möjligt från tvättmaskiner till kärnkraftverk. Då en elektrisk maskin används för att omvandla rörelse till elektricitet kallas de för generator och när den används för att omvandla elektricitet till rörelse kallas den för motor. Elektriska maskiner återfinns alltså både som ”producent” och ”konsument” av elektrisk effekt. Tidigare matades maskiner med konstanta spänningar från nätsystemet och körde med konstant hastighet. I moderna applikationer drivs elektriska maskiner med frekvensomvandlare, som kan styra (med högre verkningsgrad) hastigheten och vridmomentet med hjälp av kraftelektronik. Kombinationen av en elektrisk maskin och en frekvensomvandlare kallas för elektriskt drivsystem. Tillämpningar som vindkraft, robotteknik, tvättmaskiner, elbilar kan inte existera idag utan elektriska drivsystem. Moderna drivsystem är fortfarande baserade på tre elektriska faser. Sådan begränsning härrör från den elektriska maskinen, som alltid har utformats som en trefasanordning för att ansluta till nätsystem (vilket är ett trefassystem). Eftersom frekvensomvandlaren fungerar som en avkopplingsanordning mellan nätsystemet och maskinen, kan begränsningen på antal faser avlägsnas. Fördelar med maskiner med ökat antal faser är dokumenterade. Det är därför dags att utvärdera om sådana fördelar kan tillämpas för applikationer med hårda krav som elektrisk transport och energiproduktion. I detta projekt är målet att analysera, bygga och testa en elektriskt drivsystem med ett varierande antal faser och poltal, vilket kan omkonfigureras i realtid. Denna lösning ökar effektiviteten genom att välja det bästa konfigurationen för den angivna driftpunkten, och det tillåter också feltolerant drift, vilket innebär att drivsystem kan köra vid reducerad effekt även i närvaro av ett fasfel. Detta ökar tillförlitlighet med avseende på dagens trefas elektriska drivsystem, som inte är feltoleranta eftersom en fasfel orsakar en stopp av hela enheten. Komplexiteten i detta tvärvetenskapliga projekt behöver en nära samverkan mellan KTH och industrins experter inom kontroll, kraftelektronik and elmaskinkonstruktion. Samarbetet kommer att resultera i flera nya idéer som kan återanvändas väl för att lösa industriella och samhälleliga behov i stort sätt.