Page 1

01

http://SPOT-2012.teces.si


02

Zbornik prispevkov dvodnevnega strokovnega posveta “SPOT 2012 - Inovativni pretvorniki električne energije”, 13. in 14. junij 2012 Hotel Perla, Nova Gorica

Jezik posveta slovenski jezik / eno predavanje v angleškem jeziku

Založil TECES – Tehnološki center za električne stroje, Pobreška cesta 20, SI-2000 Maribor

Organizator posveta TECES, Tehnološki center za električne stroje

Tematika električni pogoni, materiali in tehnologije, e-mobilnost in obnovljivi viri energije, izzivi slovenske elektroindustrije na področju pretvornikov električne energije 2012, 1 . izdaja Programski odbor dr. Boris Benedičič , dr. Maks Brlec, dr. Dušan Drevenšek, mag. Matjaž Čemažar, mag. Matej Gajzer, dr. Tine Marčič, dr. Miro Milanovič, Mirko Petrovčič, dr. Jožica Rejec, Uroš Rupar, mag. Iztok Špacapan, dr. Gorazd Štumberger, Sabina Weingerl, Robert Žerjal

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Univerzitetna knjižnica Maribor 621.313/.314(082) TEHNOLOŠKI center za električne stroje (Maribor). Strokovni posvet (2012 ; Nova Gorica) Inovativni pretvorniki električne energije: zbornik prispevkov dvodnevnega strokovnega posveta / SPOT 2012, sreda, 13. in četrtek, 14. junij 2012, Nova Gorica ; [uredniki Tine Marčič... et al.]. - Maribor : TECES - Tehnološki center za električne stroje, 2012 ISBN 978-961-93321-0-8 1. Gl. stv. nasl. COBISS.SI-ID 69962497

Spletna stran http://SPOT-2012.teces.si

Soorganizatorji posveta Domel d.o.o. Hidria Rotomatika d.o.o. Iskra Avtoelektrika d.d. Kolektor Group d.o.o. Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Mestna občina Nova Gorica Uredniki dr. Tine Marčič, Sabina Weingerl, Bojan Stergar, Lucijan Korošec, mag. Matej Gajzer Oblikovanje Aritmija d.o.o., Cafova ulica 2, SI-2000 Maribor Tiskanje Tiskarna Pleško


uvodnik

Uvodnik

Slovenska podjetja s področja elektromotornih komponent in sistemov, ki že nekaj let sodelujemo v Tehnološkem centru za električne stroje TECES, smo v organizaciji TC pripravili prvi posvet, na katerem želimo predstaviti nekaj naših razvojnih dosežkov in tudi izzivov za nadaljevanje. Podjetja delujemo na svetovnih trgih in se v svetovni konkurenci na nišnih tržnih segmentih uvrščamo v sam vrh. To nam omogočajo močni lastni razvojni centri, ki zagotavljajo in utrjujejo pot trajnostnega razvoja podjetja. To je tek na dolge proge in desetletja vztrajnega dela in jasne vizije. Poleg lastnega razvoja je za nastopanje na svetovnem parketu pomembno dobro sodelovanje z inštitucijami znanja: fakultetami, raziskovalnimi inštituti in centri, kot je tudi TECES. Od ideje do industrializacije lahko odigra vsak svojo vlogo. Pomembno je dobro sodelovanje, ki se dopolnjuje v obeh smereh delovanja: od novih idejnih trendov na področju raziskav in rešitev, do zahtev, pričakovanj kupcev in tudi zakonskih omejitev, varovanja okolja in porabe električne energije v zadnjem času, kar je velika tržna priložnost za vse proizvajalce. Prav to bomo predstavili na prvem posvetu s področja pretvornikov električne energije. Nastopamo na različnih trgih, a imamo veliko skupnih področij, kjer lahko izmenjamo svoje izkušnje, spoznamo področja delovanja in se usmerjamo na tržna področja, kjer se dopolnjujemo. Iz predstavitev fakultet, inštitutov, tehnoloških in razvojnih centrov bomo dobili nove ideje kako se še bolj uspešno povezovati za utrjevanje pozicij na svetovnih konkurenčnem trgih.

dr. Jožica REJEC, direktorica Domel d.o.o. in predsednica Sveta zavoda TECES

03

Vključevanje alternativnih in ostalih razpršenih virov električne energije ter njihovega upravljanja, na drugi strani pa razvoj naprednih pretvornikov električne energije z možnostjo dvosmernega pretoka informacij in tudi energije, pričakovane posledice elektrifikacije vozil, potreba po energetsko učinkovitih električnih pogonih, shranjevalnikih energije, vsekakor predstavljajo izredne razvojne in tržne priložnosti tako za podjetja kot za razne raziskovalne ustanove, ki se ukvarjajo z omenjeno tematiko. Globalno sprejeti dolgoročni okoljski cilji ter zaveze, zahteve po energetsko učinkovitih, vedno bolj tehnološko zahtevnih in cenovno konkurenčnih produktih podjetij zahtevajo predvsem od manjših gospodarstev nujo po medsebojnem povezovanju programov podjetij, iskanjem sinergij med podjetji, raziskovalnimi in pedagoško izobraževalnimi ustanovami. Pomembno je poudariti, da je potreba in želja po organizaciji takšnega dogodka kot je SPOT-2012 bila podana predvsem s strani slovenskih podjetij, ki čutijo potrebo po povezovanju ter izmenjavi izkušenj in znanja. Zato verjamem, da bo v letu 2012 prvič organiziran strokovni posvet SPOT postal stalnica, hkrati pa stičišče trendov in razvojnih izzivov slovenskih podjetij in raziskovalnih organizacij na področju električnih pretvornikov energije.

mag. Matej Gajzer, direktor TECES

http://SPOT-2012.teces.si


04

Kazalo SPOT 2012 - Inovativni pretvorniki električne energije................................................05 Sponzorji in sodelujoče organizacije .................................................................................06

Predstavitve sponzorjev.............................................................................................................................................................. 07

Predstavitve razstavljavcev.......................................................................................................................................................09

Posvet podpirajo............................................................................................................................................................................... 13

Program posveta.......................................................................................................................16 Prispevki

Pregled trenutnega stanja in najverjetnejše smeri razvoja električnih strojev................................................18

Vpliv novih direktiv o energijski učinkovitosti na trg električnih motorjev......................................................... 21

Tuje vzbujan HV sinhronski motor brez magnetov.......................................................................................................... 23

Motor s prečnim magnetnim pretokom............................................................................................................................... 26

Napredni pristopi pri obvladovanju vibroakustičnih problemov električnih strojev.................................... 28

Sodobni senzorji pozicije in hitrosti v elektromotorskih pogonih.......................................................................... 32

Obvladovanje razvoja in proizvodnje mehatronske komponente v avtomobilski.......................................... 35

Pregled pretvorniške tehnike pri alternativnih virih in motornih pogonih.......................................................... 38

Novo vodenje izmeničnih motorjev v slabljenju polja.....................................................................................................41

Tehnologije proizvodnje trofaznih elektronskih močnostnih stopenj za električna vozila........................44

How the electrification of Car influence the Motor design........................................................................................ 47

Trendi pri predelavi in sestavi elektromotorskih jeder iz tankih pločevin..........................................................49

Neorientirane elektropločevine - Trenutno stanje in trendi za prihodnost.........................................................52

Tehnologija štancanja in zalivanja lameliranih jeder...................................................................................................... 55

Trajno magnetni materiali v sodobnih motorjih................................................................................................................ 58

Keramični senzorji tlaka in hladilni sistemi.........................................................................................................................60

Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike............................................63

Uporabnost vodika in gorivnih celic v transportu na primeru minibusa...............................................................68

Razvoj solarnih inverterjev, standardi in povezljivost v SmartGrid sisteme.......................................................71

Napredni akumulatorji za mobilne in stacionarne aplikacije......................................................................................74

Oglasni prostor.........................................................................................................................79


O POSVETU

SPOT 2012 - Inovativni pretvorniki električne energije

05

Po več kot desetletju uspešnega delovanja TECES na pobudo ustanoviteljev organizira dvodnevni strokovni posvet TECES »SPOT 2012 - Inovativni pretvorniki električne energije«. S predstavitvami največjih akterjev s področja pretvornikov električne energije ter izmenjavo mnenj kompetentnih predstavnikov podjetij, raziskovalnih organizacij in izobraževalnih institucij želimo omogočiti celovit vpogled na stanje slovenske elektroindustrije na področju pretvornikov električne energije in izpostaviti zaznane probleme, poiskati izzive ter možne usmeritve za sinergijsko in konkurenčno delovanje slovenskih podjetij pri prilagajanju globalnim trendom in zahtevam. Jezik: slovenski, določena predavanja v angleškem jeziku Tematika: električni pogoni, materiali in tehnologije, e-mobilnost in obnovljivi viri energije, izzivi slovenske elektroindustrije Cilj posveta: vpogled v stanje slovenske elektroindustrije, identifikacija razvojnih izzivov, možnih usmeritev na področju pretvornikov električne energije in krepitev medsebojnega razvojnega sodelovanja podjetij in raziskovalnih organizacij za doseganje konkurenčnosti izdelkov slovenskih podjetij ob prilagajanju globalnim trendom in hitro spreminjajočim se zahtevam. Ciljna skupina: slovenska strokovna javnost s področja elektroindustrije, pretvornikov električne energije, močnostnih pretvornikov, elektromotorjev

Organizator

Soorganizatorji

http://SPOT-2012.teces.si


06

Sponzorji in sodelujoče organizacije Generalni sponzor

Glavni sponzorji

Sponzorji

Uradno vozilo posveta

Opel Ampera

Sodelujoče organizacije

• Arrow Electronics d.o.o. • Acroni d.o.o. in RCJ d.o.o. • Bartec Varnost d.o.o. • BSH Hišni aparati d.o.o. • Domel d.o.o. • EBV Electronic GbmH & Co KG • Elaphe d.o.o. • Eti Elektroelement d.d. • Gospodarska zbornica Slovenije - Zbornica elektronske in elektroindustrije • Hidria Rotomatika d.o.o. in Hidria d.d.

• Institut Jožef Štefan in CO NAMASTE • Iskra Avtoelektrika d.d. • Iskra Mehanizmi d.o.o. • Iskra MIS d.d. • Kemijski inštitut in CO NOT • Kolektor Group d.o.o. in Kolektor Magnet Technology GmbH • Lotrič d.o.o. • Mestna občina Nova Gorica • Metalikatrade d.o.o. in NSK • Nela razvojni center d.o.o.

• Odbor za znanost in tehnologijo pri Obrtno-podjetniški zbornici Slovenije • Opel Slovenija • RLS Merilna tehnika d.o.o. • SiEVA d.o.o. • UL FE • UM FERI • UM FE • TECES • TTI Electronics Austria GmbH


Predstavitve sponzorjev

07

Iskra Avtoelektrika d.o.o. http://www.iskra-ae.com Iskra Avtoelektrika je globalna proizvajalka zaganjalnikov, generatorjev za motorje z notranjim zgorevanjem, elektromotorjev ter elektronskih in mehatronskih sistemov za delovna, prevozna in transportna sredstva ter za izrabo obnovljivih virov energije. Iskra Avtoelektrika razvija, proizvaja in trži globalno pod lastno blagovno znamko in z lastno proizvodno in prodajno-distribucijsko mrežo, ki poleg podpore industrijskim odjemalcem, trži tudi širok izbor proizvodov za drugo vgradnjo. Iskra Avtoelektrika je prepoznavna po inovativnosti, skrbi za zdravje, varnost in okolje, kakovosti proizvodov in procesov, poslovni odličnosti ter veliki tržni in razvojni podpori svojim odjemalcem. Prepoznavnost temelji na kompetentnih ljudeh, prožnih poslovnih procesih in trajnostnem razvoju. Domel d.o.o. http://www.domel.si Domel je globalni proizvajalec elektromotorjev in sesalnih enot s 60 odstotnim deležem na evropskem trgu in eden od vodilnih svetovnih  proizvajalcev na tem področju. Proizvodnja je lastna, opremljena z moderno visoko produktivno opremo. Raziskovalno-razvojna dejavnost, tehnološki procesi in sodobna informatika podpirajo celoten poslovni proces, ki omogoča efektivno fleksibilnost in popolno sledljivost potrebam trga ali posameznega kupca. Delujemo na področjih čistilne tehnike, prezračevalnih sistemov, industrijskih aplikacij, avtomobilske industrije, medicine in alternativnih energijskih virov. Hidria Rotomatika d.o.o. http://si.hidria.com Hidria svojo razvojno dejavnost v zadnjem času intenzivno usmerja na področje hibridnih in električnih vozil. S serijsko aplikacijo lamel za hibridni motor je Hidria prvič vstopila na trg hibridnih avtomobilov že leta 2010. Prvi avtomobil iz serije hibridnih vozil je bil model Peugeot 3008 Hybrid 4 korporacije PSA Peugeot Citroen, ki je na ceste zapeljal lansko leto. Skladno z glavno strateško usmeritvijo na področju sistemov za klimatizacijo Hidria razvija tudi inovativne in energetsko učinkovite sisteme, ki investitorjem in lastnikom stavb ob majhni porabi energije zagotavljajo veliko oz. maksimalno udobje bivanja. Pomemben del tega področja dejavnosti predstavljajo ventilatorji z elektronsko komutiranimi motorji, ki so na trgu zelo dobro sprejeti, obenem pa izpolnjujejo visoke standarde in regulative, ki na tržišču EU stopajo v veljavo.

http://SPOT-2012.teces.si


Predstavitve sponzorjev

08

Kolektor Group d.o.o. http://www.kolektor.com Globalni na vseh ravneh Koncern Kolektor z visoko specializirano industrijsko proizvodnjo je razvojno in poslovno voden v divizijah: • Komponente in sistemi • Stavbna tehnika in izdelki za dom ter • Energetika in industrijska tehnika kjer z vzajemnim izkoriščanjem sinergij na programskem in tehnološkem področju podjetja prispevajo k uspešnemu poslovanju celotne skupine. Koncern je kot globalno podjetje prisoten na prodajnem področju in odziven pri globalnem koriščenju virov. S priznanimi razvojnimi kompetencami in inovativnimi idejami je koncern Kolektor s programi Komponente in sistemi z visoko dodano vrednostjo kreator svetovnih trendov in hkrati eden vodilnih dobaviteljev svetovnim proizvajalcem avtomobilskih sistemov. BSH Hišni aparati d.o.o., Nazarje http://www.bsh-group.si BSH Hišni aparati d.o.o. iz Nazarij že več kot 40 let proizvaja male hišne aparate. Od leta 1993 je del mednarodne Skupine BSH in z letom 1995 je oddelek za razvoj in raziskave postal kompetenčni center Skupine BSH za razvoj motornih malih aparatov. V zadnjem desetletju se je podjetje razvilo v sodoben center za proizvodnjo in razvoj vseh motoričnih malih hišnih aparatov, ki letno vloži deset patentov ter uspešno povezuje izkušnje iz gospodarstva in znanosti s sodelovanjem z domačimi in tujimi univerzami in inštituti. Skupina BSH (Bosch and Siemens Home Appliances Group) BSH je eden izmed vodilnih svetovnih proizvajalcev hišnih aparatov, saj so njihove blagovne znamke znane po inovativni tehnologiji, visoki energijski učinkovitosti, vrhunski kakovost, največjemu udobju in izjemni obliki. Skupina BSH zaposluje 43.000 ljudi po vsem svetu, je priznano podjetje na trgu okolju prijaznih hišnih aparatov ter prejema številne domače in mednarodne nagrade za posebne proizvode in dosežke. Metalika trade d.o.o. http://www.metalikatrade.si Podjetje NSK je bilo ustanovljeno v Tokiu leta 1916 in s tem postalo prvo podjetje na Japonskem s proizvodnjo ležajev. Leta 1963 se je podjetje razširilo na evropski trg in odprlo prvo evropsko poslovalnico v Düsseldorfu, v Nemčiji. NSK je proizvajalec vseh vrst ležajev, avtomobilskih komponent, linearnih vodil, krogličnih vreten, mehanotroničnih izdelkov in mazilnih sistemov. Izdelke distribuira po celem svetu, ponuja pa tudi z produkti povezane storitve. Izdelki se uporabljajo v različnih vejah industrije od strojegradnje, vetrnih elektrarn, kot tudi v kompresorjih in različnih industrijskih in gospodinjskih črpalkah… Vsak dan 25,000 zaposlenih v 40 tovarnah po celem svetu, proizvede tri milijone novih NSK ležajev, njihove razvojne in raziskovalne centre pa je moč najti na vsaki celini. NSK izdelki so znani kot zelo zanesljivi, odporni, vzdržljivi in energetsko učinkoviti.


Predstavitve razstavljavcev

09

Arrow Electronics d.o.o. http://www.arroweurope.com Arrow Electronics je globalni distributer polprevodniških, pasivnih in elektromehanskih komponent kot tudi ‘embedded’ rešitev za izdelke in storitve za industrijske uporabnike. S pomočjo več kot 900 proizvajalcev po vsem svetu nastopa Arrow kot dobavitelj komponent in storitev proizvajalcem originalne opreme, pogodbenim proizvajalcem in ostalim. Arrow deluje v 52 državah in območjih po vsem svetu in ima skoraj 13 000 zaposlenih. V Ljubljani posluje podjetje Arrow Electronics ki trži komponente in pokriva področji Slovenije in ex Jugoslavije.. Globalno delovanje in široka evropska prisotnost omogoča široko tehnično izbiro in hitro dostavo elektronskih komponent iz enega logističnega centra. Na lokalnem nivoju podjetje omogoča strokovno pomoč pri izbiri tehnološko in cenovno ustreznih elektronskih komponent. To pomeni hiter in učinkovit razvojni proces, ki zajema vzorčenje komponent, zagotavljanje tehnične dokumentacije in predvsem odgovore na specialne kupčeve zahteve. Prodajna ekipa pa lahko ponudi hitro obveščanje o ceni in dobavljivosti izdelka. Bartec Varnost d.o.o. http://www.bartec.si Potrebe po domači energiji so od premogovnikov zahtevale maksimalno proizvodnjo, zato se je delovna enota Rudnika Zagorje leta 1962 razvila v podjetje, ki je razširilo svoj program s specialnimi električnimi stroji za kemijsko industrijo, gradbeništvo, železarne in lesno industrijo. Kasneje se je priključilo Energoinvest Sarajevo in bila ena izmed vodilnih proizvajalk eksplozijsko varnih električnih naprav in strojev v Jugoslaviji. Leta 1991 se je formiralo podjetje TEVE Varnost d.d., ki je s svojimi proizvodi pokrivalo velik del potreb slovenskih in jugoslovanskih rudnikov, kemične, kovinsko-predelovalne in lesne industrije, petrokemije in metalurgije. Po izgubi balkanskega tržišča je podjetje svoj obstoj videlo v povezovanju z nemškim podjetjem Bartec Barlian Holding, ki je leta 1997 postalo večinski lastnik Bartec-Varnost d.o.o. Proizvajajo naprave in komponente v protieksplozijski zaščiti, zaposlujejo preko 1400 ljudi in imajo 30 podjetij po Evropi in izven nje. Iskra Avtoelektrika d.o.o. http://www.iskra-ae.com Iskra Avtoelektrika je globalna proizvajalka zaganjalnikov, generatorjev za motorje z notranjim zgorevanjem, elektromotorjev ter elektronskih in mehatronskih sistemov za delovna, prevozna in transportna sredstva ter za izrabo obnovljivih virov energije. Iskra Avtoelektrika razvija, proizvaja in trži globalno pod lastno blagovno znamko in z lastno proizvodno in prodajno-distribucijsko mrežo, ki poleg podpore industrijskim odjemalcem, trži tudi širok izbor proizvodov za drugo vgradnjo. Iskra Avtoelektrika je prepoznavna po inovativnosti, skrbi za zdravje, varnost in okolje, kakovosti proizvodov in procesov, poslovni odličnosti ter veliki tržni in razvojni podpori svojim odjemalcem. Prepoznavnost temelji na kompetentnih ljudeh, prožnih poslovnih procesih in trajnostnem razvoju. http://SPOT-2012.teces.si


Predstavitve razstavljavcev

10

Domel d.o.o. http://www.domel.si Domel je globalni proizvajalec elektromotorjev in sesalnih enot s 60 odstotnim deležem na evropskem trgu in eden od vodilnih svetovnih  proizvajalcev na tem področju. Proizvodnja je lastna, opremljena z moderno visoko produktivno opremo. Raziskovalno-razvojna dejavnost, tehnološki procesi in sodobna informatika podpirajo celoten poslovni proces, ki omogoča efektivno fleksibilnost in popolno sledljivost potrebam trga ali posameznega kupca. Delujemo na področjih čistilne tehnike, prezračevalnih sistemov, industrijskih aplikacij, avtomobilske industrije, medicine in alternativnih energijskih virov. EBV Elektronik d.o.o. http://www.ebv.com EBV Elektronik - podjetje iz skupine Avnet Inc., je bilo ustanovljeno že leta 1969, specializirano za distribucijo polprevodniških komponent na Evropskem trgu. Zahvaljujoč tradicionalnemu osebnemu pristopu do kupcev in njihovih zahtev, EBV iz leta v leto nadgrajuje svojo uspešno pot in je, kot eden vodilnih v Evropi, kos vsem zahtevam sodobnega trga. 230 tehnično izobraženih prodajnih in 110 aplikacijskih inženirjev,lahko ponudi kupcem vso komercialno, logistično in tehnično pomoč pri uporabi komponent za razvoj in proizvodnjo njihovih izdelkov. Avnet Logistics, poleg izvajanja vseh potreb logistike za EBV , nudi tudi servis programiranja, laserskega označevanja in pakiranja komponent. EBV s 59 pisarnami v 29 državah pokriva ves trg Evrope , bližnjega vzhoda in Afrike (EMEA). ETI Elektroelement d.d. http://www.eti.si ETI je eden vodilnih svetovnih proizvajalcev, ki proizvaja rešitve za stanovanjske in poslovne inštalacije, industrijske inštalacije, distribucijo električne energije za nizko in srednjo napetost ter za močnostno elektroniko in polprevodnike, ter kakovostne rešitve za celostno prenapetostno in nadtokovno zaščito fotovoltaičnih in drugih sistemov s področja obnovljivih virov energije. Hidria Rotomatika d.o.o. http://si.hidria.com Hidria svojo razvojno dejavnost v zadnjem času intenzivno usmerja na področje hibridnih in električnih vozil. S serijsko aplikacijo lamel za hibridni motor je Hidria prvič vstopila na trg hibridnih avtomobilov že leta 2010. Prvi avtomobil iz serije hibridnih vozil je bil model Peugeot 3008 Hybrid 4 korporacije PSA Peugeot Citroen, ki je na ceste zapeljal lansko leto. Skladno z glavno strateško usmeritvijo na področju sistemov za klimatizacijo Hidria razvija tudi inovativne in energetsko učinkovite sisteme, ki investitorjem in lastnikom stavb ob majhni porabi energije zagotavljajo veliko oz. maksimalno udobje bivanja. Pomemben del tega področja dejavnosti predstavljajo ventilatorji z elektronsko komutiranimi motorji, ki so na trgu zelo dobro sprejeti, obenem pa izpolnjujejo visoke standarde in regulative, ki na tržišču EU stopajo v veljavo.


Predstavitve razstavljavcev

Center odličnosti NAMASTE http://www.conamaste.si Center odličnosti: NApredni nekovinski MAteriali S TEhnologijami prihodnosti je multidisciplinarni in transdisciplinarni konzorcij raziskovalnih institucij in industrije, ki so povezale akademsko, tehnološko in poslovno znanje ter opremo z namenom doseči ključni znanstveni in tehnološki napredek, kot tudi prenos rezultatov v industrijo. Delovna področja: anorganski nekovinski materiali, organski materiali in kompoziti ter njihova implementacija v elektroniki, optoelektroniki, fotoniki in medicini. V okviru posveta se bosta predstavili članici konzorcija Hyb d.o.o. (http://www.hyb.si), podjetje na področju razvoja in proizvodnje debeloplastnih hibridnih vezij, senzorjev tlaka in elektronskih sklopov ter Iskraemeco, d.d. (http://www.iskraemeco.si), podjetje na področju merjenja električne energije v svetu, ki izkušnje, inovacije in napredek vlaga v tehnološko dovršene rešitve, ki so plod lastnega znanja.

11

Iskra MIS d.d. http://www.iskra-mis.si Podjetje Iskra MIS d.d. proizvaja izdelke, ponuja storitve in razvija inovativne sistemske rešitve, ki zagotavljajo učinkovito, do okolja prijazno in varčno upravljanje z energijo na področjih učinkovitih inštalacij, upravljanja z energenti, distribucije električne energije ter elementov sistemov in naprav. Na teh področjih imajo več kot 60-letno tradicijo razvoja, proizvodnje in trženja: kondenzatorjev, nizko-napetostne stikalne tehnike, električnih merilnih instrumentov, anten, jeder in baterij. Kolektor Group d.o.o. http://www.kolektor.com Globalni na vseh ravneh Koncern Kolektor z visoko specializirano industrijsko proizvodnjo je razvojno in poslovno voden v divizijah: • Komponente in sistemi • Stavbna tehnika in izdelki za dom ter • Energetika in industrijska tehnika kjer z vzajemnim izkoriščanjem sinergij na programskem in tehnološkem področju podjetja prispevajo k uspešnemu poslovanju celotne skupine. Koncern je kot globalno podjetje prisoten na prodajnem področju in odziven pri globalnem koriščenju virov. S priznanimi razvojnimi kompetencami in inovativnimi idejami je koncern Kolektor s programi Komponente in sistemi z visoko dodano vrednostjo kreator svetovnih trendov in hkrati eden vodilnih dobaviteljev svetovnim proizvajalcem avtomobilskih sistemov.

http://SPOT-2012.teces.si


Predstavitve razstavljavcev

12

RLS d.o.o. http://www.rls.si RLS merilna tehnika d.o.o. je hitro rastoče podjetje, ki se že 20 let ukvarja z razvijanjem, proizvodnjo in trženjem naprednih dajalnikov pomika in zasuka ter njihovih gradnikov. Njihovi izdelki vključujejo senzorska vezja, module in zaprte dajalnike, ki temeljijo na Hallovem principu zaznavanja magnetnega polja. S kompaktno, a izjemno robustno izvedbo dajalnikov so v RLS d.o.o. prodrli tudi v industrijske panoge s prostorsko omejenimi in težkimi delovni pogoji, kot je npr. uporaba dajalnikov v namakalnih in solarnih sistemih. Skupaj s prodajnimi inženirji partnerskega podjetja Renishaw in ostalimi distributerji zagotavljajo podporo in servis za svoje izdelke po vsem svetu. TECES http://www.teces.si TECES, Tehnološki center za električne stroje Maribor, so leta 2001 ustanovila slovenska podjetja in univerzi z namenom okrepitve razvojnega sodelovanja slovenskega gospodarstva in izobraževalno-raziskovalne sfere s področja električnih strojev in mehatronskih sklopov. TECES je mednarodno prepoznaven nosilec razvojnih partnerstev in kompetentni partner pri razvoju visoko tehnološko zahtevnih izdelkov in rešitev na področju učinkovite raba energije, pretvornikov električne energije, električnih pogonov in močnostne elektronike. Primarno pokriva področje raziskav in razvoja ter deluje kot povezovalni člen med podjetji in izobraževalno-raziskovalno sfero v Sloveniji. TECES je tudi nosilec kompetenčnega centra »KC-SURE - Napredni sistemi učinkovite rabe električne energije«, nosilec oz. partner v večih aplikativno raziskovalnih projektih ARRS, javno financiranih projektih spodbujanja razvojnega sodelovanja slovenskih podjetij in RO, kot partner pa sodeluje v razvoju izdelkov slovenskih in tujih podjetij.

Lotrič d.o.o. http://www.lotric.si

METROLOGY

TTI Electronics Austria GmbH http://www.ttieurope.com

UM FERI http://www.feri.uni-mb.si


Posvet podpirajo

13

Kompetenčni center KC-SURE »Napredni sistemi učinkovite rabe električne energije« http://www.sure.si/

Namen kompetenčnega centra KC-SURE »Napredni sistemi učinkovite rabe električne energije« je celovita obravnava problematike aktivnih omrežij od proizvodnje, distribucije do porabe električne energije, za vzpostavitev koncepta aktivnega omrežja (Smart Grid) v Sloveniji, ki omogoča verifikacijo rešitev in potrditev ustreznosti razvitih izdelkov partnerjev za vključevanje v pametna elektroenergetska omrežja prihodnosti. Program je razdeljen na 4 vsebinske sklope: • Rešitve aktivnega elektroenergetskega omrežja • Komponente elektroenergetskega omrežja • Adaptivni, energetsko učinkoviti aparati in sistemi za dom • Energijsko učinkoviti pogonski pretvorniki Partnerji konzorcija so TECES - Tehnološki center za električne stroje, Bartec Varnost d.o.o., BSH Hišni aparati d.o.o., ELES - Elektro Slovenija d.o.o., Gorenje d.d., Hidria Rotomatika d.o.o., INEA d.o.o., Kolektor Group d.d., Metrel d.d., Petrol d.d., Sipronika d.o.o., SmartCom d.o.o., Domel d.d., Univerza v Ljubljani - Fakulteta za elektrotehniko, Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo, Univerza v Mariboru - Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko.

SiEVA d.o.o. Družba SiEVA d.o.o., katerega ime je kratica za >>Sinergijski ekološki varen avtomobil<< je podjetje, ustanovljeno z namenom opravljanja storitev na raziskovalno razvojnem področju, usmerjenim v strateška področja elektrifikacije in varnosti vozil. Podjetje zaposluje vrhunske razvojne kadre, ki s svojimi kompetencami na področju elektrifikacije vozil, motorjev z notranjim izgorevanjem, zagotavljanjem varnosti in udobja ter razvoja procesov, tehnologij in proizvodne odličnosti nadgrajujejo obstoječa znanja v podjetjih-družbenikih podjetja SiEVA. Družba SiEVA kot novo razvojno jedro slovenske avtomobilske industrije, predstavlja nov korak v razvoju slovenske avtomobilske industrije pri izgradnji kompetenc ter konkurenčnega pozicioniranja na globalnem trgu.

http://SPOT-2012.teces.si


Posvet podpirajo

14

CESLA - Čezmejna implementacija okolju prijaznih ultra-lahkih vozil v Sloveniji in Avstriji http://www.cesla.eu/

V projektu CESLA smo želeli zraven električne mobilnosti v splošnem, tudi vzpodbuditi uporabo trajnejših oblik osebnega prevoza na čezmejnem področju Slovenije in Avstrije. Predvsem z vzpodbujanjem uporabe manjših vozil od avtomobilov klasičnih dimenzij, kot so npr. električna kolesa, električni skuterji in električni štirikolesniki. Saj smo izhajali iz stališča, da če samo zamenjamo uporabo klasičnega avtomobila z električnim, še vedno in največkrat po nepotrebnem prevažamo veliko maso. Kar pa je s stališča energijske učinkovitosti nesprejemljivo. Projektne dejavnosti so usmerjene v partnersko povezovanje, izmenjavo znanja in izkušenj, predstavitve uspešne uporabe električnih ultra-lahkih vozil na praktičnih primerih ter ustvarjanje kritične mase v regiji, s čimer želimo podpreti lokalne proizvajalce takšnih vozil kot tudi raziskati in optimirati pogoje za uporabo teh vozil v skupnem čezmejnem podvigu.

white background

Projekt SPRINT UStvarjanje PodpoRnega okolja za okrepitev INovativnega in Tehnološkega potenciala na čezmejnem področju http://www.sprint-ipa.org/

Namen projekta SPRINT je spodbuditi inovativno aktivnost podjetij na manj razvitem obmejnem področju. Če upoštevamo globalne trende in vsesplošno prisotnost krize, postane jasno, da je dolgoročni in trajnostni razvoj tudi podravsko - pomurske regije mogoč edino s povečanjem inovativnosti – to pomeni z vpeljevanjem novih idej in tehnologij v poslovne in proizvodne procese podjetij. Splošni cilj projekta je tako ustvarjanje podpornega okolja za spodbujanje gospodarske rasti in konkurenčnosti gospodarstva s povezovanjem podjetij in znanstveno – raziskovalnih institucij na manj razvitem čezmejnem področju s ciljem ustvarjanja skupnega gospodarskega prostora. Z organizacijo dogodkov bodo partnerji projekta zagotovo prispevali k boljšemu medsebojnemu razumevanju gospodarstvenikov in raziskovalcev ter posledično k ustvarjanju poslovnih partnerstev in novih projektov.


Posvet podpirajo

15

Nela razvojni center d.o.o. http://www.nela.si

NELA razvojni center d.o.o. bo postal osrednji razvojni center na področju elektroindustrije v Sloveniji in konkurenčen akter na evropskem in globalnem trgu elektroindustrije. Z vzpostavitvijo sodelovanja med podjetji v panogi in izkoriščanjem sinergij, bomo zmanjševali stroške razvoja, krepili raziskovalno kapaciteto in vzpostavljali strukturo, ki bo odražala najvišji nivo poslovne in tehnične odličnosti v Sloveniji. Sklopi energetsko učinkovitih električnih strojev • Vzpostavitev ključnih kompetenc za razvoj najzahtevnejših komponent za sodobne električne stroje, vključno z novimi materiali. Stikalna tehnika • Razvoj zaščitnih, krmilnih in energetsko učinkovitih komponent v električnih strojih. Zagotavljanje kakovosti in prenos tehnologij • Vzpostavitev skupnih laboratorijev s kapaciteto izvajati tehnološko najzahtevnejše postopke iz področja merjenja, karakterizacije in certifikacije materialov in komponent.

http://SPOT-2012.teces.si


16

Dvodnevni program posveta Sreda, 13. 6. 2012 08.00-09.30

Registracija, sprejem udeležencev

09.30-10.00

Uradna otvoritev posveta • predstavnik vlade • dr. Jožica Rejec, direktorica Domel d.o.o. in predsednica Sveta zavoda TECES

10.00-13.00

Tematsko področje: ELEKTRIČNI POGONI – 1. DEL (vodi: mag. Iztok Špacapan, direktor Instituta Iskra Avtoelektrika d.d.) Plenarno predavanje: Pregled trenutnega stanja in najverjetnejše smeri razvoja električnih strojev UM-FE / dr. Bojan Štumberger, UL-FE / dr. Damijan Miljavec

Vpliv novih direktiv o energijski učinkovitosti na trg električnih motorjev Zbornica elektronske in elektroindustrije GZS / Janez Renko, Hidria Rotomatika d.o.o. / Mirko Petrovčič, Domel d.o.o. / dr. Boris Benedičič Tuje vzbujan HV sinhronski motor brez magnetov Iskra Avtoelektrika d.d. / dr. Lovrenc Gašparin 11.20-11.35

ODMOR Z OSVEŽITVIJO à ogled razstavišča

Motor s prečnim magnetnim pretokom Kolektor Group d.o.o. / Janez Leskovec Napredni pristopi pri obvladovanju vibroakustičnih problemov električnih strojev Iskra Avtoelektrika d.d. / dr. Martin Furlan, Nela razvojni center d.o.o. / Andrej Biček in dr. Matej Tadina Sodobni senzorji pozicije in hitrosti v elektromotorskih pogonih RLS merilna tehnika d.o.o. / Sergio Fabris Obvladovanje razvoja in proizvodnje mehatronske komponente v avtomobilski industriji interdisciplinarni pristop učinkovitega razvojnega cikla izdelka Iskra Mehanizmi d.o.o. / dr. Primož Čermelj Zaključek sklopa predavanj 13.00-14.15

KOSILO à ogled razstavišča

14.15-16.00

Tematsko področje: ELEKTRIČNI POGONI – 2. DEL (vodi: dr. Gorazd Štumberger, profesor za močnostno elektrotehniko UM-FERI) Plenarno predavanje: Pregled pretvorniške tehnike pri alternativnih virih in motornih pogonih UL-FE / dr. Danijel Vončina, UM-FERI / dr. Miro Milanovič

Novo vodenje izmeničnih motorjev v slabljenju polja TECES / dr. Dušan Drevenšek Tehnologije proizvodnje trofaznih elektronskih močnostnih stopenj za električna vozila Iskra Avtoelektrika d.d. / Marjan Kerševan How the electrification of car influence the motor design market trends & semiconductor solution EBV Electronic GmbH & Co KG / Frank-Steffen Russ (predavanje bo v angleščini) Električna vožnja brez kompromisov Opel Slovenija / Andrej Kogoj Zaključek sklopa predavanj 16.15-17.00

Proste aktivnosti à ogled razstavišča

17.00-19.00

Ogled razvojno-proizvodnih kapacitet in novo odprtega tehnološkega centra INPRIME generalnega sponzorja Iskre Avtoelektrike d.d. (organiziran skupinski prevoz)

19.00 à

VEČERJA in družabni program (organiziran skupinski prevoz)

Ves čas dogodka bodo na urejenem razstavnem prostoru potekale predstavitve organizacij oziroma njihovih izdelkov.


17

Četrtek, 14.6.2012 09.00-11.05

Tematsko področje: MATERIALI IN TEHNOLOGIJE (vodi: Mirko Petrovčič, direktor baznega razvoja Hidria Rotomatika d.o.o.) Plenarno predavanje: Trendi pri predelavi in sestavi elektromotorskih jeder iz tankih pločevin Hidria Rotomatika, d.o.o. / dr. Primož Bajec

Neorientirane elektropločevine - Trenutno stanje in trendi za prihodnost RCJ d.o.o. in Acroni d.o.o. / Gašper Novak Tehnologije štancanja in zalivanja lameliranih jeder Nela razvojni center d.o.o. / Gregor Jelenc Trajno magnetni materiali v sodobnih motorjih Kolektor Group d.o.o. / dr. Boris Saje Keramični senzorji tlaka in hladilni sistemi CO NAMASTE in Institut Jožef Stefan / dr. Marija Kosec Zaključek sklopa predavanj 11.05-11.20

ODMOR Z OSVEŽITVIJO à ogled razstavišča

11.20-13.05

Tematsko področje: E-MOBILNOST in OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE (vodi: dr. Dušan Drevenšek, vodja programa elektronike TECES) Plenarno predavanje: Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike Iskra Avtoelektrika d.d. / Stojan Markič

Uporabnost vodika in gorivnih celic v transportu na primeru minibusa Domel d.o.o. / mag. Matjaž Čemažar Razvoj solarnih inverterjev, standardi in povezljivost v SmartGrid sisteme Iskra Avtoelektrika d.d. / Vojko Blažič Napredni akumulatorji za mobilne in stacionarne aplikacije CO NOT in Kemijski inštitut / dr. Miran Gaberšček Zaključek sklopa predavanj 13.05-14.30

KOSILO à ogled razstavišča

14.30-16.30

OKROGLA MIZA vodi: Robert Žerjal, izvršni direktor strateškega razvoja skupine Iskre Avtoelektrike d.d Cilj: podati predloge in razvojne usmeritve panoge slovenske elektroindustrije Izhodišča: na podlagi prej identificiranih razvojnih izzivov in zaključkov posameznih tematskih področij, ki jih bodo predstavili nosilci tematskih področij.

Udeleženci: top-management slovenskih podjetij, vodstvo fakultet oziroma raziskovalnih organizacij: dr. Jožica Rejec, direktorica Domel d.o.o. Edvin Sever, predsednik uprave Iskra Avtoelektrika d.d. Radovan Bolko, glavni izvršni direktor Kolektor Group d.o.o. mag. Iztok Seljak, predsednik poslovodnega odbora Hidria d.d. dr. Peter Kukovica, predsednik uprave Iskra MIS d.d. dr. Borut Žalik, dekan UM-FERI dr. Miran Gaberšček, direktor CO NOT 16.30-16.45

Uradni zaključek posveta

16.45-17.30

ZAKLJUČNA POGOSTITEV

Ves čas dogodka bodo na urejenem razstavnem prostoru potekale predstavitve organizacij oziroma njihovih izdelkov. http://SPOT-2012.teces.si


18

Plenarno predavanje

Pregled trenutnega stanja in najverjetnejše smeri razvoja električnih strojev Bojan Štumberger1,2, Damijan Miljavec3 Univerza v Mariboru, Fakulteta za energetiko, SI-8270 Krško, e-pošta: bojan.stumberger@uni-mb.si

1

2

TECES, Pobreška c. 20, SI-2000 Maribor

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, SI-1000 Ljubljana, e-pošta: miljavec@fe.uni-lj.si

3

Povzetek

Delo predstavlja pregled različnih znanih in malo manj znanih, oziroma »ponovno iznajdenih« vrst električnih strojev, pregled najpogostejšega področja uporabe, najznačilnejših lastnosti, slabosti in prednosti.

Uvod

Odgovorna raba električne energije z namenom ohranjanja energetskih virov, zmanjšanje emisije ogljikovega dioksida in toplogrednih plinov ter nenehno zmanjševanje porabe energije v vsakodnevnem življenju je eden izmed glavnih ciljev držav znotraj EU. Električni pogonski sistemi gnani z električnimi stroji so v razvitem svetu »odgovorni« za 70% vse porabljene električne energije v industriji. S tako velikim deležem porabe električne energije predstavljajo električni stroji in električni pogoni pomemben sistem, kjer je mogoče ustvariti pomembne prihranke energije v prihodnosti. Z uvedbo novih razredov učinkovitosti za motorje s konstantno hitrostjo vrtenja in motorje s spremenljivo hitrostjo vrtenja ter implementacijo različnih direktiv Evropskega parlamenta so proizvajalci električnih strojev in naprav soočeni z novim izzivom. Ta izziv je povezan z dilemo kateri tip električnega stroja (asinhronski stroj, sinhronski stroj s trajnimi magneti, sinhronski reluktančni stroj, sinhronski reluktančni stroj s trajnimi magneti, preklopno reluktančni stroj, itn.) oziroma katero tehnologijo bo potrebno sprejeti in/ali osvojiti v proizvodnji prihodnosti z namenom doseganja vseh zahtev, brez bistveno povečanih vlaganj in/ ali povečanja stroškov obstoječe proizvodnje. To delo je poskus, ki bo odkril nekatera dejstva, pasti, možnosti, ter najverjetnejše smeri razvoja električnih strojev v prihodnosti.

Vsebina

Pri pregledu različnih vrst električnih strojev se bomo omejili predvsem na izmenične rotacijske električne stroje, čeprav delež linearnih električnih strojev ni več zanemarljiv. Električne stroje lahko v osnovi razdelimo glede na smer magnetnega pretoka. Tako ločimo električne stroje z radialnim, aksialnim, prečnim ali mešanim magnetnim pretokom. Ne glede na smer magnetnega pretoka je osnovno delovanje posamezne vrste stroja več ali manj zmeraj enako. Učinkovitost delovanja različnih električnih strojev je odvisna predvsem od vrste električnega stroja, ter količine in vrste uporabljenega aktivnega materiala za posamezno vrsto stroja (magnetna pločevina, baker, aluminij, silumin, trajni magneti), ki hkrati neposredno določa ceno izdelka. Razen količine in vrste vgrajenega aktivnega materiala je učinkovitost posamezne vrste stroja odvisna še od vrste in mesta nastanka izgub (razporeditev izgub med stacionarnim in vrtečim delom stroja), ter sposobnostjo odvajanja izgubne toplote. Izbira posamezne vrste stroja za posamezno aplikacijo ni enostavna ali enoumna. Za doseganje vseh zahtev pogona je potrebno upoštevati časovni profil obremenitve, področje vrtljajev, način hlajenja, dovoljen nivo nihanja vrtilnega momenta, nivo hrupa, napetostne in tokovne omejitve stroja in napajalne enote ter način in zahtevnost vodenja z ali brez mehanskega senzorja pozicije. Pri izbiri vrste stroja pa seveda ne smemo zanemariti tehnologijo izdelave. Sem sodijo nabavne poti, delovna intenzivnost, razpoložljivost in gibanje cen materiala, kompleksnost sistema (električni stroj - napajanje) in ne nazadnje možnost integracije proizvajalcu že poznanih ter obvladljivih tehnoloških postopkov v produkcijo novega električnega stroja.


Pregled trenutnega stanja in najverjetnejše smeri razvoja električnih strojev

Zaključek

Asinhronski stroji brez povečanja fizičnih dimenzij in uporabe kvalitetnejših materialov tudi v prihodnosti ne bodo dosegali najvišjega razreda učinkovitosti. Zaradi zrelosti tehnologije proizvodnje in njihove robustnosti se najverjetneje njihov tržni delež v prihodnosti ne bo bistveno zmanjšal. Navkljub številnim dobrim lastnostim se zaradi nenehnega povečevanja cene surovin trajnih magnetov iz redkih zemelj predvideva zmanjšanje deleža »klasičnih« sinhronskih strojev s trajnimi magneti, ki jih bodo nadomestili

sinhronski stroji s trajnimi magneti z manjšim energijskim produktom. Navkljub atraktivnosti strojev brez trajnih magnetov in kratkostične kletke (sinhronski reluktančni stroji z enakomerno zračno režo ter preklopno reluktančni motorji) bo zaradi zahtevnejšega načina vodenja brez mehanskega senzorja pozicije njihov prodor omejen. Uporaba in razširjenost posamezne vrste stroja bo v prihodnosti odvisna predvsem od zrelosti tehnologije izdelave, cenovnega razreda, sprejemljivosti posamezne vrste stroja in zrelosti tehnologije vodenja.

19

Literatura [1] IEC 60034-30:2008, Rotating electrical machines - Part 30: Efficiency classes of single-speed, three phase,cage-induction motors (IEcode) [2] IEC 60034-1:2010, Rotating electrical machines - Part 1: Rating and performance [3] Commission Regulation (EC) 327/2011 of 30 March 2011 implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for fans driven by motors with and electric input power between 125 W and 500 kW [4] A. T. de Almeida, F. J. T. E. Ferreira, and J. A. C. Fong, “Standards for efficiency of electric motors,” IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 17, str. 12-19, Jan./Feb. 2011. [5] E. G. Agamloh, “Induction Motor Efficiency,” IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 17, str. 20-28, Nov./Dec. 2011. [6] T. Marčič, B. Štumberger, G. Štumberger, M. Hadžiselimović, I. Zagradišnik, “The impact of different stator and rotor slot number combinations on iron losses of a three phase induction motor at no load, “ J. magn. magn. mater., vol. 320, str. e891-e895, 2008. [7] B. Štumberger, A. Hamler, B. Hribernik, “Analysis of iron loss in interior permanent magnet synchronous motor over a wide-speed range of constant output power operation,” IEEE Trans. Magn., vol. 36, str. 1846-1849, Jul. 2000. [8] B. Štumberger, A. Hamler, V. Goričan, J. Marko, M. Trlep, “Accuracy of iron loss estimation in induction motors by using different iron loss models,” J. magn. magn. mater., vol. 272-276, str. e1723-e1725, 2004. [9] Miljavec Damijan, Zidarič Bogomir, “Introducing a domain flexing function in the Jiles-Atherton hysteresis model, “ J. magn. magn. mater., Mar. 2008, vol. 320, iss. 5, str. 763-768. [10] Zidarič Bogomir, Miljavec Damijan, “A new ferromagnetic hysteresis model for soft magnetic composite materials, “ J. magn. magn. mater. Jan. 2011, vol. 323, no. 1, str. 67-71. [11] G. Štumberger, B. Štumberger, T. Marčič, D. Dolinar, “Experimental method for determining magnetically nonlinear characteristics of electric machines with magnetically nonlinear and anisotropic iron core, damping windings and permanent magnets,” IEEE Trans. Magn., vol. 44, str. 4341-4344, Nov. 2008. [12] T. Marčič, G. Štumberger, B. Štumberger, “Analyzing the magnetic flux linkage characteristics of alternating current rotating machines by experimental method,” IEEE Trans. Magn., vol. 47, no. 9, str. 2283-2291, Sep. 2011. [13] B. Štumberger, G. Štumberger, M. Hadžiselimović, A. Hamler, V. Goričan, M. Jesenik M. Trlep, “Comparison of torque capability of threephase permanent magnet synchronous motors with different permanent magnet arrangement, “ J. magn. magn. mater., vol. 316, str. e261-e264, 2007. [14] B. Štumberger, M. Hadžiselimović “Design of permanent magnet synchronous machine for micro-hybrid electric vehicle operation, “ Prz. Elektrotech., vol. 87, str. 157-160, 2011. [15] P. Virtič, P. Pišek, M. Hadžiselimović, T. Marčič, B. Štumberger, “Torque analysis of an axial flux permanent magnet synchronous machine by using analytical magnetic field calculation,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 3, str. 1036-1039, Mar. 2009. [16] M. J. Melfi, S. Evon, R. McElveen, “Induction Versus Permanent Magnet Motors,” IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 15, str. 37-43, Nov./Dec. 2009. [17] Bajec Primož, Pevec Boštjan, Miljavec Damijan, “Optimal control of brushless PM motor in parallel hybrid propulsion system, “ Mechatronics (Oxf.). Jun. 2010, vol. 20, no. 4, str. 464-473. [18] Leskovec Janez, Makuc Danilo, Lahajnar Franci, Miljavec Damijan, “Nonlinear reluctance model of transverse flux motor, “ Prz. Elektrotech., 2011, rok 87, 3, str. 111-114. [19] T. Marčič, B. Štumberger, G. Štumberger, M. Hadžiselimović, P. Virtič, D. Dolinar, “Line-starting three- and single-phase interior permanent magnet synchronous motors—Direct comparison to induction motors,” IEEE Trans. Magn., vol. 44, str. 4413-4416, Nov. 2008. [20] T. Marčič, G. Štumberger, B. Štumberger, M. Hadžiselimović, P. Virtič, “Determining parameters of a line-start interior permanent http://SPOT-2012.teces.si


Pregled trenutnega stanja in najverjetnejše smeri razvoja električnih strojev

20

magnet synchronous motor model by the differential evolution,” IEEE Trans. Magn., vol. 44, str. 4385-4388, Nov. 2008. [21] M. A. Rahman, A. M. Osheiba, K. Kurihara, M. A. Jabbar, Hew Wooi Ping, Kai Wang, H. M. Zubayer, “Advances on single-phase line-start high efficiency interior permanent magnet motors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, str. 1333-1345, Mar. 2012. [22] G. Štumberger, M. Hadžiselimović, B. Štumberger, D. Miljavec, D. Dolinar, I. Zagradišnik, “Comparison of capabilities of reluctance synchronous motor and induction motor, “ J. magn. magn. mater., vol. 304, str. e835-e837, 2006. [23] B. Štumberger, G. Štumberger, M. Hadžiselimović, T. Marčič, P. Virtič, M. Trlep, V. Goričan, “ Design and finite-element analysis of interior permanent magnet synchronous motor with flux barriers,” IEEE Trans. Magn., vol. 44, str. 4389-4392, Nov. 2008. [24] Miljavec Damijan, Zagirnyak Mykhaylo, Zidarič Bogomir, “Rotor-design and on-line starting-performance analysis of a synchronousreluctance motor, “ Compel, 2009, vol. 28, no. 3, str. 570-582. [25] L. Xu, “Dual-Mechanical-Port Electric Machines,” IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 15, str. 44-51, July/August 2009. [26] A. M. Omekanda, B. Lequesne, H. Klode, S. Gopalakrishnan, I. Husain, “Switched Reluctance Versus Permanent Magnet, “ IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 15, str. 35-43, July/August 2009. [27] Benedičič Boris, Miljavec Damijan, “Optimal turn-on and turn-off angle calculation of a high-speed two-phase switched reluctance motor, “ Compel, 2000, vol. 19, no. 2, str. 388-395.

Biografije avtorjev

Bojan Štumberger je leta 1999 končal doktorski študij elektrotehnike na Univerzi v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko. Od leta 1993 do leta 2010 je bil zaposlen na UM, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, od jeseni leta 2010 naprej pa je zaposlen kot visokošolski učitelj na UM, Fakulteta za energetiko, kjer je vodja Laboratorija za električne stroje in pogone. Bojan Štumberger vse od leta 2006 deluje tudi kot svetovalec za področje električnih strojev na Tehnološkem centru za električne stroje (TECES, Maribor). Na področju raziskovalnega dela se ukvarja predvsem s projektiranjem električnih rotacijskih in linearnih strojev, modeliranjem električnih strojev in naprav, razvojem CAD programskih paketov za projektiranje električnih strojev s pomočjo MKE, razvojem merilnih in računskih metod za določanje porazdeljenih in koncentriranih parametrov električnih strojev ter matematičnim modeliranjem energijskih pojavov v mehkomagnetnih materialih. Bojan Štumberger je recenzent v priznanih mednarodnih strokovnih revijah kot so IEEE Transactions on Industry Applications, IEEE Transactions on Magnetics, IEEE Transactions on Energy Conversion, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, COMPEL, Mechatronics, Journal of Electromagnetic Analysis and Application. Znanstvena bibliografija Bojana Štumbergerja zajema 344 bibliografskih enot, od tega 102 izvirna znanstvena članka. 70 izvirnih znanstvenih člankov pa je objavljeno v revijah s faktorjem vpliva (JCR).

Damijan Miljavec se je leta 1993 zaposlil na Fakulteti za elektrotehniko, ter se istočasno vpisal na podiplomski študij. Na Katedri za mehatroniko je leta 1999 uspešno zaključil doktorski študij. Pedagoško je aktiven pri predmetih Osnove električnih strojev, Modeliranje električnih strojev, Transformatorji in dušilke ter Načrtovanje elektromagnetnih struktur. Na doktorskem študiju Fakultete za elektrotehniko je nosilec predmeta Načrtovanje sodobnih električnih strojev. V letu 2005 sta skupaj s prof. dr. Petrom Jerebom izdala knjigo z naslovom »Električni stroji – temeljna znanja« štiri leta kasneje pa še knjigo “Vezna teorija električnih strojev”. Na področju raziskovalnega dela se ukvarja z numeričnim modeliranjem in analizo elektromagnetnih struktur. Novejše optimizacijske algoritme, kot so genetski algoritmi, umetna inteligenca (nevronske mreže) in statistični algoritmi na podlagi eksperimentov vpeljuje na področje oblikovanja elektromehanskih pretvornikov energije. Rezultate svojega raziskovalnega dela je objavil na številnih domačih in mednarodnih konferencah kot tudi v mednarodnih publikacijah. Skupaj s svojimi raziskovalnimi kolegi je leta 2004 dobil Zlato priznanje za inovacijo »Integrirani zaganjalnik generator z ojačevalnikom navora« Gospodarske zbornice Slovenije.


Vpliv novih direktiv o energijski učinkovitosti na trg električnih motorjev

21

Janez Renko1, Mirko Petrovčič2, Boris Benedičič3 Zbornica elektronske in elektroindustrije GZS, e-pošta: janez.renko@gzs.si

1

2

Hidria Rotomatika d.o.o., Spodnja Kanomlja 23, Sp. Idrija,

3

Domel d.o.o., Otoki 21, Železniki

V prispevku je zajet strukturni pregled evropske regulative v panogi elektroindustrije skupaj s politikami, ki tvorijo okvir te regulative. Dolgoročne strategije EU – Integrirane politike proizvodov (IPP) in Trajnostna poraba in proizvodnja (SCP) pomenita okvir in obenem usmeritev, ki sega od regulative za ravnanje z odpadki, z izrabljenimi avtomobili, baterijami ter odpadno/izrabljeno elektronsko in električno opremo do regulative za same izdelke, kjer je vzporedno in najprej nastala regulativa za omejevanje uporabe nevarnih snovi v elektronskih in električnih napravah in opremi ( direktiva RoHS). Trajnostni vidiki masovne proizvodnje izdelkov so terjali poleg upravljanja z izpusti v zrak, zemljo in vode v proizvodnem procesu tudi celovito obravnavo vpliva izdelka na okolje v njegovem življenjskem krogu –od surovine, preko proizvodne faze, faze namenske uporabe do faze odstranjevanja z razgradnjo in recikliranjem. Takšen pristop je imel za posledico pripravo sistematične analize ključnih vplivov izdelka v posameznih fazah življenjske dobe in iz tega izhajajoč okvir za regulativo, ki posega v načrtovanje - razvoj izdelka. Elektroindustrija je v okviru samo-reguliranja že pred časom izboljševala okoljske vplive aparatov s sistematskim načrtovanjem - večanjem energetske učinkovitosti aparatov,manjšo porabo vode, ter uveljavila načine in metode preverjanja energetske učinkovitosti električnih naprav kot najpomembnejše lastnosti v njegovem življenjskem krogu. Vidik ponovne izrabe materialov kot tudi možnosti prenove izdelkov za ponovno uporabo po zaključku življenjske dobe so poleg zmanjševanja vplivov na okolje v elektronski in elektroindustriji privedli do koncepta okoljsko primerne zasnove izdelkov, ki rabijo energijo (eco design), katerega temelj je princip: razmislek o življenjskem krogu (life cycle thinkig-LCT) in na tej osnovi ocena vplivov v življenjskem krogu (Life cycle impact assesment).

V letu 2005 je bila po razmeroma dolgem procesu priprav in posvetovanj z deležniki ( zlasti industrije) sprejeta okvirna direktiva 2005/32/ EC (framework directive) z naslovom Okvirna direktiva o okoljsko primerni zasnovi izdelkov, ki rabijo energijo (EuP). Sama okvirna direktiva postavlja kriterije za izbor skupin izdelkov za katere so bili v nadaljevanju uveljavljeni tkim. izvedbeni ukrepi (implementing measures) – uredbe, ki določajo konkretne zahteve za izdelke oz. skupino izdelkov. Okvirna direktiva prinaša tudi podlago za metodologijo za vrednotenje izdelkov po ključnih parametrih oz. lastnostih ter načine in postopek sprejemanja izvedbenih ukrepov. V okvirni direktivi so opredelitve, ki nalagajo proizvajalcem pripravo sistema za preverjanje in upravljanje z okoljsko učinkovitostjo ter okoljskimi vplivi izdelka, podan je postopek preverjanja skladnosti za namene CE označevanja. Direktivo EuP je zamenjala razširjena direktiva ErP - 2009/125/ES (okoljsko primerna zasnova izdelkov, ki so povezani z energijo) in zajema tudi ne- električne izdelke, ki je tudi predstavljena v prispevku. V prispevku so podane tudi ključne novosti v postopkih preverjanja in dokazovanja skladnosti za zahtevami v izvedbenih ukrepih, saj je to regulativa Notranjega trga EU. Predstavljen bo postopek in ukrepi, ki jih morajo podjetja upoštevati pri načrtovanju novih izdelkov , vidiki vzpostavljanja procesov za izboljšanje okoljske učinkovitosti izdelka in vidikov recikliranja, tudi perspektiva ponovne izrabe surovin po recikliranju skozi prihajajoče ukrepe učinkovite (gospodarne) porabe virov. Izvedbeni ukrepi, ki prihajajo postopoma in veljajo takoj po objavi v Ur. Listu EU neposredno v vseh državah članicah, prinašajo določbe s konkretnimi tehničnimi zahtevami ter z določenimi datumi uveljavitve. Le-te pomenijo obvezni kriterij, ki ga mora izdelek izpolniti, da gre lahko po tem http://SPOT-2012.teces.si


Vpliv novih direktiv o energijski učinkovitosti na trg električnih motorjev

22

datumu na trg EU. V prispevku bo podan tudi vidik direktive glede obveznosti za podjetja v dobaviteljskih verigah , ki pomeni zbiranje podatkov za eko-profil, eco-vpliv izdelka ali podsestava oz. komponente, dalje dokumentiranje in posredovanje informacij proizvajalcu končnega izdelka. Metode in načini preverjanja skladnosti zahtevam iz konkretnih izvedbenih ukrepov pomenijo osnovo za CE označevanje. CE oznaka za elektrotehnične izdelke po novem tako vključuje poleg izpolnjevanja zahtev glede električne varnosti in elektromagnetne skladnosti izdelka tudi skladnost z zahtevami iz izvedbenega ukrepa ErP in direktive RoHS (slednje

Biografije avtorjev

Janez Renko je po končani gimnaziji v Postojni in študiju elektrotehnike na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani diplomiral na smeri industrijska elektronika. Po študiju se je zaposlil v razvojnem oddelku Iskra Tenel- Energetska elektronika, kjer je do 1989 delal kot razvijalec na področju regulacij usmerniških naprav in sistemov. V letu 1997 se je zaposlil kot samostojni svetovalec v Združenju za elektroindustrijo (ZEI) Gospodarske zbornice Slovenije, od leta 2000 do 2007 je bil direktor tega združenja , od 2007 je direktor Zbornice elektronske in elektroindustrije GZS (ZEE GZS) . Leta 1999 je ZEI GZS postalo pridruženi član po imenom MPIA Slovenia, 2004 pa polnopravni član ORGALIME Evropskega združenja nacionalnih panožnih združenj kovinsko-predelovalne ter elektroindustrije, ki je vplivna industrijska struktura v odnosu do institucij EU ( Komisija in EU Parlament). Renko poleg članstva v upravnih organih ORGALIME, sodeluje v delovnih telesih Orgalime, ki so oblikovala stališča v času nastajanja in sprejemanja direktiv RoHS, WEEE in eco-design (EuP/ErP). Mirko Petrovčič je diplomiral na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. V Hidrii Rotomatiki je vodil vrsto razvojnih in tehnoloških projektov s področja električnih motorjev in pogonov. G. Petrovčič je nosilec več patentov in prejemnik vrste strokovnih nagrad. Od leta 2006 je direktor baznega razvoja v Hidrii Rotomatiki.

za kategorije izdelkov, ki so opredeljene v sami direktivi RoHS). Poleg samega izpolnjevanja zahtev iz izvedbenega ukrepa (izpolnjevanje lastnosti v kvantificiranih vrednostih), bodo morali proizvajalci zagotavljati proces izboljšav okoljskega vpliva/ okoljske učinkovitosti izdelka v procesih nadgradnje izdelka/ zamenjav materialov/ zmanjševanja porabe resursov (surovin, vode, energije). Prikazan bo primer in pristop pri izpolnjevanju zahtev izvedbenega ukrepa Uredbe 640/2009 o električnih motorjih in Uredbe 327/2011 o ventilatorjih z vidika prakse v podjetjih elektroindustrije Slovenije, ki delujejo v mednarodnih verigah.

Dr. Boris Benedičič je leta 1996 dokončal študij elektrotehnike na Fakulteti za elektrotehniko in se zaposlil v razvojnem področju podjetja Domel. V letih 1996 in 1999 je kot mladi raziskovalec iz industrije opravljal raziskave za Domel na Fakulteti za elektrotehniko. Po končanem magisteriju se je vključil raziskave motorjev ter aktivno delal na področju izračunov in simulacij motorjev. Med letoma 2001 in 2004 se je ukvarjal z komutacijo univerzalnih motorjev in je leta 2004 zagovarjal doktorsko disertacijo iz tega področja. Od leta 2007 je vodja elektro razvoja, na tej poziciji pokriva razvoj in simulacije novih motorjev. Delno je zaposlen tudi na Centru za nizkooglične tehnologije, kjer dela na področju optimizacije puhala in črpalk za gorivne celice.


Tuje vzbujan HV sinhronski motor brez magnetov

23

Lovrenc Gašparin, Stojan Markič Iskra Avtoelektrika d.d,. Polje 15, SI-5290 Šempeter pri Gorici, e-pošta: lovrenc.gasparin@iskra-ae.com, stojan.markic@iskra-ae.com

Uvod

Sinhronski motorji s trajnimi magneti iz redkih zemelj (NeFeB) postajajo vse dražji zaradi rasti cen trajnih magnetov. Proizvajalci električnih strojev poskušamo poiskati alternativne konstrukcije, ki bi lahko nadomestile sinhronske motorje s trajnimi magneti. Ponujajo se predvsem dve alternativni možnosti in sicer: asinhronski motor in sinhronski motor z navitim rotorjem. Asinhronske motorje v Iskri Avtoelektriki poznamo zelo dobro, medtem ko se s sinhronskim motorjem z navitim rotorjem srečujemo prvič. Sinhronski motor z navitim rotorjem je zanimiv predvsem za vozne aplikacije, saj se pri teh aplikacijah zahteva zelo velike zagonske vrtilne navore, kakor tudi visoke vrtilne hitrosti. S spreminjanjem vzbujalnega toka na rotorju reguliramo magnetno polje na rotorju in s tem lažje pokrijemo zahteve, kot v primeru rotorja s trajnimi magneti.

Sinhronski motor z navitim rotorjem

Sinhronski motor z navitim rotorjem je sestavljen iz statorskega paketa s trifaznim navitjem, navitega rotorja z izraženimi poli, dveh drsnih obročev in ščetk, preko katerih se napaja rotor. Za delovanje stroja potrebujemo podoben tri fazni elektronski regulator, kot pri sinhronskem motorju s trajnimi magneti, le da mora ta imeti še četrto fazo s katero napajamo rotor. Raziskovalna naloga je bila zastavljena s konkretnim ciljem primerjave obratovalnih karakteristik voznega motorja za električno vozilo s sinhronskim IP motorjem s trajnimi magneti iz redkih zemelj in sinhronskim motorjem z navitim rotorjem, pri tem pa naj bosta statorska paketa enakega premera in dolžine. Vozni motor za električno vozilo deluje pri baterijski napetosti Udc = 300 V, zahtevan maksimalni navor je 200 Nm, vrtilna hitrost 12.000 rpm in moč 50 kW.

Slika 1: Gostote magnetnega polja B(T) pri vrtilnem navoru 200 Nm.

Izbrali smo topologijo sinhronskega stroja z 48 utori na statorskem paketu in s 4 izraženimi poli na rotorju. Oblika statorskih utorov in oblika izraženih polov na rotorju je bila optimizirana tako, da je v inducirani napetosti čim manjša prisotnost višjih harmonskih komponent. Pomembna je tudi čim manjša valovitost vrtilnega navora, pri tem pa mora motor producirati zahtevani vrtilni navor 200 Nm za čas 30 s. Pri konstrukciji smo upoštevati tudi vse tehnološke in proizvodne omejitve. Gostote magnetnega polja pri vrtilnem navoru 200  Nm dosegajo vrednosti okrog 2.2 T (Slika 1), potreben je vzbujalni tok Ivzb = 42 A in fazni tok Is = 350 A. Inducirana napetost je odvisna od vzbujalnega toka in narašča linearno, nekje do 5 A, nato pa se zaradi nasičenosti v železu ukrivi in od toka 20  A narašča počasneje (Slika 2).

http://SPOT-2012.teces.si


Tuje vzbujan HV sinhronski motor brez magnetov

24

Slika 2: Inducirana napetost v odvisosti od vzbujalnega toka.

Sinhronski motor z navitim rotorjem smo napajali z vzbujalnimi tokovi od 5 A do 42  A in izračunali obratovalno karakteristiko, ki je prikazana na Sliki 4 ter moč in izkoristek na Sliki 5. Motor je bil krmiljen v računalniških simulacijah tako, da je produciral največji navor za dani fazni tok (MTP). Motorju se z zmanjševanjem vzbujalnega toka povečuje vrtilna hitrost v prostem teku in zmanjšuje največji vrtilni navor, ki ga lahko dosežemo za dani vzbujalni tok. Izkoristek motorja se močno spreminja z velikostjo vzbujalnega toka v različnih delovnih točkah (Slika 5). Največji izračunani izkoristek sinhronskega motorja z navitim rotorjem je bil 88  %. Pri obremenitvi 200 Nm pa pade na 78 %. Za optimalno obratovanje motorja je potrebno spreminjati vzbujalni tok v odvisnosti od vrtilnega navora.

Slika 3: Samodržni vrtilni moment v odvisnosti od vzbujalnega toka.

Slika 5: Obratovalne kartakteristike v odvisnonsti od vzbujalnega toka.

Izražene pole na rotorju smo oblikovali tako, da je izračunana velikost samodržnega vrtilnega momenta čim manjša, seveda pa se ta spreminja v odvisnosti vzbujalnega toka (Slika 3). Pri vzbujalnem toku 40  A je vrednost samodržnega vrtilnega momenta 0.5 Nm.

Obratovalne karakteristike označene z rdečo barvo in viola krogi na Sliki 4, ne dosežemo samo s spreminjanjem vzbujalnega toka. Potrebno je spreminjati kolesni kot tako, da bo deloval v režimu slabljenja polja podobno kot sinhronski motor s trajnimi magneti. Za obratovanje z največjim izkoristkom je potrebno spreminjati poleg kolesnega kota tudi vzbujalni tok na rotorju, da dosežemo zahtevane obratovalne točke. Za lažjo primerjavo smo izračunali obratovalno karakteristiko pri konstantni moči 35  kW za sinhronski motor s trajnimi magneti (označeno z modro barvo) in sinhronski motor z navitim rotorjem (označeno z rdečo barvo), kar je vidno na Sliki 6.

Slika 4: Obratovalne kartakteristike v odvisnonsti od vzbujalnega toka.


Tuje vzbujan HV sinhronski motor brez magnetov

Primerjava izkoristkov po celem področju obratovanja pokaže, da ima sinhronski motor s trajnimi magneti približno 8 % večji izkoristek kot sinhronski motor z navitim rotorjem. Vzrok temu so izgube na rotorju zaradi vzbujalnega toka, ki jih v primeru trajnih magnetov nimamo ter večja upornost statorskega navitja.

25

Diskusija in zaključek

Slika 6: Primerjava karakteristike sinhronskega motorja s trajnimi magneti in sinhronskega motorja z navitim rotorjem.

Biografije avtorjev

Lovrenc Gašparin je diplomiral leta 2000, magistriral leta 2003 in doktoriral leta 2009 na Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani. Od leta 2001 je zaposlen v Inštitutu za električne rotacijske sisteme v Iskri Avtoelektriki d.d., kjer se ukvarja z modeliranjem in konstrukcijo električnih strojev.

Raziskava je pokazala, da ima sinhronski motor z navitim rotorjem nižji izkoristek za približno 8 % kot sinhronski motor s trajnimi magneti. To se praktično odraža na vozilu s krajšo prevoženo potjo ob predpostavki, da je kapaciteta baterije za oba motorja enaka. Potreben je tudi večji in zmogljivejši hladilni sistem, saj je potrebno odvesti večje izgubne moči. Da bi dosegli večji izkoristek, je potrebno motor povečati, s tem pa se poveča tudi teža motorja in seveda cena. Navsezadnje ne smemo pozabiti tudi na dejstvo, da ima sinhronski motor z navitim rotorjem drsne obroče in ščetke, ki se obrabljajo. Elektronski regulator bo zaradi tega dražji, saj potrebuje še četrto fazo za napajanje rotorja.

Stojan Markič je leta 1983 končal univerzitetni študij elektrotehnike na Univerzi v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko. V Iskri Avtoelektriki d.d. je zaposlen 28 let, kjer se ukvarja z raziskavami in razvojem elektromotornih pogonskih sistemov.

http://SPOT-2012.teces.si


26

Motor s prečnim magnetnim pretokom Janez Leskovec1, Damijan Miljavec2 Kolektor Group d.o.o., Vojkova 10, SI-5280 Idrija, e-pošta: janez.leskovec@kolektor.com

1

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška 25, SI-1000 Ljubljana, e-pošta:damijan.miljavec@fe.uni-lj.si

2

Uvod

V članku je prikazana zgradba, prednosti in slabosti motorja s prečnim magnetnim pretokom ter primerjava z ostalimi tipi električnih motorjev.

lahko relativno enostavno povečamo število polovih parov in s tem frekvenco inducirane napetosti so primerni predvsem za nižje hitrosti, kot motor direktnega pogona.

Motor s prečnim magnetnim pretokom

Razvoj materialov trajnih magnetov in mehkomagnetnih kompozitnih materialov z možnostjo tri-dimenzionalnega vodenja magnetnega pretoka je spodbudil razvoj motorjev s prečnim magnetnim pretokom. Za razliko od radialnih električnih motorjev s trajnimi magneti ima ta motor enostavno toroidno navitje ter kompleksnejšo magnetno pot, ki je v delu motorja prečna na smer vrtenja [1]. Zaradi tri-dimenzionalne poti magnetnega pretoka je za tak motor smiselno namesto dinamo pločevine uporabiti mehko-magnetne kompozitne materiale. S postopkom sintranja mehko-magnetnega kompozitnega materiala je tako mogoče izdelati statorsko jedro v skoraj poljubni obliki, s čimer se zmanjša število sestavnih delov. Majhno število sestavnih delov in enostavno toroidno navitje poenostavi izdelavo. Motor je sestavljen iz notranjega statorja iz mehko-magnetnega materiala in zunanjega rotorja s trajnimi magneti. Motor s prečnim magnetnim pretokom je v osnovi enofazen, zato se za doseganje konstantnega pozitivnega navora mehansko poveže več faz, običajno tri, ki so med seboj zamaknjene za ustrezen kot, ki v primeru treh faz ustreza 120 električnim stopinjam.

Slika 1: 3-D model 1/8 motorja s prečnim magnetnim pretokom z zunanjim rotorjem s trajnimi magneti ter koncentratorji magnetnega pretoka

Slabost mehko-magnetnih kompozitnih materialov so slaba relativna permeabilnost ter nizka točka nasičenja gostote magnetnega polja [2]. Zaradi tega se v statorju lahko hitro pojavijo lokalna nasičenja tri-dimenzionalnih poti in s tem stresanja magnetnega pretoka. To ima za posledico visok samodržni navor, pulzacije navora zaradi nesinusne oblike inducirane napetosti ter slab faktor moči [3].

Prednosti in slabosti

Prečna pot magnetnega pretoka omogoča bolj prosto načrtovanje magnetnega in električnega dela motorja. To pomeni, da povečanje števila polovih parov ne vpliva na presek navitja in obratno povečanje preseka navitja ne pomeni zmanjšanja polovih parov ter zmanjšanja preseka poti magnetnega pretoka. To lastnost definira njegovo glavno prednost, to je visoka gostota navora. Ker

Slika 2: Primerjava B-H krivulje pločevine M270-35A in mehko-magnetnega kompozitnega materiala Somaloy 700


Motor s prečnim magnetnim pretokom

Primerjava z ostalimi tipi električnih motorjev s trajnimi magneti

Pri primerjavi z ostalimi tipi električnih motorjev moramo biti pozorni na to, da različne tipe električnih motorjev primerjavo pri istem volumnu, enaki tokovni,

magnetni obremenitvi in dopustni temperaturni obremenitvi. V kolikor med seboj primerjamo sistem različnih tipov motorjev skupaj s krmilno elektroniko moramo pri primerjavi upoštevati tudi potreben VA razred krmilne elektronike.

27

Literatura [1] Weh H., May H., “Achievable force densities for permanent magnet excited machines in new configurations”, International Conference on Electrical Machines (ICEM), Munchen, Germany, 1986. [2] Lars H. O. Andersson, “Advances in SMC Technology – Materials and Applications”, Höganäs AB, Höganäs, Sweden, http://www.hoganas. com/en/News-Center/Published-Articles/ - accessed March 2012. [3] S. T. Lundmark. “Application of 3-D Computation of Magnetic Fields to the Design of Claw-Pole Motors”, Doctoral thesis, Dept of Energy and nvironment, Chalmers: Gothenburg. p. 57, 2005.

Biografije avtorjev

Janez Leskovec je leta 2004 končal univerzitetni študij elektrotehnike na Univerzi v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko. Po končanem študiju se je kot mladi raziskovalec v gospodarstvu zaposlil v podjetju Kolektor Group d.o.o., kjer se je v začetku ukvarjal s strojno in programsko opremo vgradnih sistemom. Leta 2008 je začel z delom na področju raziskav in načrtovanja električnih strojev s prečnim magnetnim pretokom. Njegovo delo zajema razvoj analitičnih modelov in 3-D metod s končnimi elementi za optimizacijo električnih strojev. Damijan Miljavec se je leta 1993 zaposlil na Fakulteti za elektrotehniko, ter se istočasno vpisal na podiplomski študij. Na Katedri za mehatroniko je leta 1999 uspešno zaključil doktorski študij. Pedagoško je aktiven pri predmetih Osnove električnih strojev, Modeliranje električnih strojev, Transformatorji in dušilke ter Načrtovanje elektromagnetnih struktur. Na doktorskem študiju

Fakultete za elektrotehniko je nosilec predmeta Načrtovanje sodobnih električnih strojev. V letu 2005 sta skupaj s prof. dr. Petrom Jerebom izdala knjigo z naslovom »Električni stroji – temeljna znanja« štiri leta kasneje pa še knjigo “Vezna teorija električnih strojev”. Na področju raziskovalnega dela se ukvarja z numeričnim modeliranjem in analizo elektromagnetnih struktur. Novejše optimizacijske algoritme, kot so genetski algoritmi, umetna inteligenca (nevronske mreže) in statistični algoritmi na podlagi eksperimentov vpeljuje na področje oblikovanja elektromehanskih pretvornikov energije. Rezultate svojega raziskovalnega dela je objavil na številnih domačih in mednarodnih konferencah kot tudi v mednarodnih publikacijah. Skupaj s svojimi raziskovalnimi kolegi je leta 2004 dobil Zlato priznanje za inovacijo »Integrirani zaganjalnik generator z ojačevalnikom navora« Gospodarske zbornice Slovenije.

http://SPOT-2012.teces.si


28

Napredni pristopi pri obvladovanju vibroakustičnih problemov električnih strojev Martin Furlan1, Andrej Biček2 in Matej Tadina2 Iskra Avtoelektrika d.d., Polje 15, SI-5290 Šempeter pri Gorici, e-pošta: martin.furlan@iskra-ae.com,

1

Nela razvojni center d.o.o., Na plavžu 79, SI-4228 Železniki, e-pošta: andrej.bicek@domel.si, matej.tadina@domel.si

2

Uvod

Namen prispevka je predstavitev pristopov, ki jih v Iskri Avtoelektriki in Domelu uporabljamo pri razvoju in raziskavah električnih strojev in naprav, tako na področju vibroakustike, kakor tudi pri reševanju zahtevnih multidisciplinarnih problemov. Predstavljeni pristopi na nek način odražajo aktualno problematiko, s katero se v zadnjem času v omenjenih družbah ukvarjamo. Pogoji, s katerimi se srečujemo dobavitelji avtomobilske industrije kakor tudi dobavitelji gospodinjske in druge opreme, so vedno bolj ostri, o čemer pričajo tudi zahteve po 100 % kontroli izdelkov z vidika vibroakustičnih kriterijev.

Vrednotenja s področja vibroakustike

Vrednotenje s področja vibroakustike obravnava tako analitično-numerični, kakor tudi eksperimentalni pristop. Vse pogosteje pa se srečujemo s kombiniranim eksperimentalnonumeričnim pristopom. Razvoj orodij – programske opreme za vrednotenje s področja vibroakustike gre v smer, ko je pogosto težko postaviti ločnico med eksperimentalnim in analitično numeričnim pristopom. Razlog za to je težnja po čim hitrejšem in učinkovitejšem odzivu inženirjev pri reševanju vse zahtevnejših in kompleksnih vibroakustičnih problemov, s katerimi se srečujemo. Bistvenega pomena za uspešno vibroakustično vrednotenje izdelkov je razpolaganje s programskimi orodji, z zmogljivo merilno opremo ter znanjem, tako s področja upravljanja s programskimi orodji kot tudi s področja merilne tehnike in analitično numeričnih pristopov. Poleg vsega je potrebno dobro poznavanje področja problematike in izdelka samega. Ker gre za izredno širok spekter znanj in orodij je nujno sodelovanje specialistov oz. skupinsko delo.

Eksperimentalna modalna in obratovalna analiza (EMA in ODA) sta orodji oz. pristopa, ki inženirjem omogočata določitev dinamičnih karakteristik izdelka ali mehanskega dela na osnovi meritev. Rezultati EMA omogočajo vpogled v informacije o lastnih frekvencah, oblikah in dušenju, kar pa nam je lahko v veliko pomoč pri razvoju in izboljšavah izdelkov. Lastna nihanja so namreč tista, ki opredeljujejo vibroakustične lastnosti izdelka, njegovega podsestava ali posameznega dela. V primeru, da želimo opazovati vibracije med samim obratovanjem se poslužimo t.i. ODA, ki omogoča pogled na gibanje mehanske strukture kot posledice obratovanja. Pogled na gibanje strukture je lahko izveden pri določeni frekvenci (npr. prikaz odziva na harmonsko vzbujanje) ali skozi časovno obdobje (npr. gibanje pri prehodnem pojavu). Vrednotenje vibracij električnih strojev in elektronskih komponent pri obratovanju na motorjih z notranjim izgorevanjem je pomembno pri načrtovanju zanesljivosti izdelkov. Pri verifikaciji izdelkov za vgradnjo na avtomobilske aplikacije, se pogosto preverja vibracijski odziv izdelka pri različnih pogojih obratovanja. Če se pri tem omejimo na izdelke, kot sta zaganjalnik ali alternator, ki sta vgrajena na motor z notranjim izgorevanjem, lahko spoznamo, da so motorji z notranjim izgorevanjem močan izvor vibracij, ki predstavljajo grožnjo za odpoved. Vrednotenju zvoka pri razvoju novih ali pri vgradnji obstoječih električnih strojev se praktično ne moremo izogniti. Pri tem se običajno srečujemo z meritvami ravni zvočnega tlaka, vse pogosteje pa se zahteva tudi vrednotenje zvočne moči električnih strojev pri različnih pogojih obratovanja, kar pa samo meritev močno oteži, tako v smislu priprave


Napredni pristopi pri obvladovanju vibroakustičnih problemov električnih strojev

obratovalnih pogojev kot same meritve zvoka, slika 1. V ta namen smo v Iskri Avtoelektriki zgradili gluho sobo, ki je posebej opremljena za testiranje električnih strojev. Gluha soba izpolnjuje pogoje za opravljanje meritev po standardu ISO 3745 in ima spodnjo mejno frekvenco 80 Hz. Notranje dimenzije gluhe sobe so 4  m × 4.45  m × 5.1  m. Podobno gluho sobo, ki sicer po lastnostih zaradi dimenzij ni primerljiva gluhi sobi Iskre Avtoelektrike, imamo tudi v Domelu. Majhen volumen sobe in majhna debelina absorpcijskega materiala omogočata meritve ravni hrupa nad 50  dB in frekvenčni prag nad 200Hz, kar pokriva potrebe programa sesalnih enot in večine elektromotorjev. Težave nastopajo pri meritvah pogonskih sklopov za avtomobilsko industrijo, kjer se srečujemo z zelo nizkimi nivoji hrupa.

analize izvaja v sodelovanju z Laboratorijem za delovne stroje in tehnično akustiko iz Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Akustična kamera je sestavljen iz obroča ali kraka večjih dimenzij na katerem se nahaja minimalno 32 mikrofonov, ki so krajevno zamaknjeni. Slika opazovanega objekta je zajeta preko kamere na sredini polja. Na podlagi izmerjenih signalov z vseh mikrofonov in analize le-teh se prikaže zvočno polje objekta, ki nam je v veliko pomoč pri analizi pojavov in zvočnih virov objekta. Pri analizi lahko določamo opazovano frekvenčno polje, razpon vira, lahko pa tudi poslušamo zvok iz posameznih lokacij vira.

29

Slika 2: Vizualizacija zvočnega vira na sesalniku

Avtomatizirana vibroakustična kontrola izdelkov

Slika 1: Preizkuševališče za merjenje ravni zvočne moči v Iskri Avtoelektriki (zgoraj) ter v Domelu (spodaj)

Akustična kamera predstavlja eno izmed najnaprednejših orodij s področja vibroakustike in omogoča vizualizacijo zvočnega polja opazovanega objekta, na osnovi katere je identifikacija virov hrupa bistveno enostavnejša in hitrejša. Domel omenjene

Vibroakustična kontrola je postala nujno potrebna pri zagotavljanju kakovosti izdelkov za potrebe avtomobilske industrije. Osnovni namen take kontrole je, da se v največji možni meri prepreči vsakršna možnost, da bi izdelek povzročil za končnega uporabnika moteč zvok ali vibracije. Pri izvedbi avtomatizirane vibroakustične kontrole gre za zahtevno nalogo, saj je potrebno v proizvodnem okolju izvesti zahtevne, praktično laboratorijske, meritve vibracij in/ali zvoka. Pri tem moramo zagotoviti obratovanje izdelka, ki omogoča enostavno prepoznavanje vibroakustičnih napak in čimbolj odraža realno obratovanje. Izvedba takega kontrolnega sistema mora biti posebej načrtovana in zahteva popolno poznavanje vibroakustičnih karakteristik izdelka, ki ga nameravamo kontrolirati. Za analizo v realnem času se poslužujemo številnih poenostavitev, ki pa vseeno zagotavljajo dovolj natančne rezultate in statistično primerjavo populacij.

Virtualna vrednotenja s področja vibroakustike

Osnovni cilj virtualnega vrednotenja na področju električnih strojev je hitrejši razvoj izdelka, ki je po tehničnih karakteristikah boljši ali vsaj primerljiv s konkurenčnimi izdelki. Slednje pomeni, da želimo http://SPOT-2012.teces.si


Napredni pristopi pri obvladovanju vibroakustičnih problemov električnih strojev

30

na električnih strojih doseči pričakovane elektromehanske karakteristike in zadovoljiv odvod toplote pri nizkem nivoju aerodinamičnega hrupa, pri čemer ne smemo ogroziti življenjske dobe električnega stroja ali povečati njegovega vibracijskega odziva. Pri doseganju cilja je posebno pomembna izbira pravilnega koncepta električnega stroja in njegova numerična evalvacija ter nato optimizacija konstrukcije z vidika elektromagnetike. Slednje omogoča izboljšanje izkoristka, znižanje magnetnega hrupa električnega stroja, povzročenega z magnetnimi silami, ki vzbujajo strukturo ter optimizacijo ostalih elektro-mehanskih karakteristik, kot je npr. moment preskoka. Sekundarni cilj virtualnega vrednotenja je postavitev sklopljenega vibroakustičnega in elektromagnetnega modela električnega stroja, s katerim je mogoče identificirati njegove ključne parametre konstrukcije in raziskovati njihov vpliv na tehnične karakteristike, še posebej na strukturni hrup.

polov. Na sliki 4 (c) je prikazana primerjava izmerjenih ravni zvočnih tlakov za različne koncepte motorja, na osnovi katerih je bila narejena validacija numeričnega modela. (a)

(b)

Slika 3: Virtualno vrednotenje magnetnega hrupa elektromotorja in alternatorja

Eksperimentalna validacija numeričnega modela

Validacija modela na osnovi meritev je nujno potrebna za uspešno virtualno vrednotenje izdelkov, saj le tako lahko identificiramo nepoznane parametre modela in dobimo korelacijo med simuliranimi in izmerjenimi vrednostmi. Eksperimentalno validacijo izvedemo z merjenjem vibracijskega odziva in prenosnih funkcij kot tudi z nivoji emitiranega hrupa. Pri slednjem nas bolj zanima korelacija med izmerjenimi in izračunanimi vrednostmi zvočnih veličin, saj so akustični modeli bolj poenostavljeni. Posebno pozornost je potrebno nameniti identifikaciji dušenja, ki ga moramo vključiti v dober numerični model. Dušenje ima namreč največji vpliv na nivo vibracij in posledično hrup v bližini resonančnih frekvenc. Slika 4 (a) in (b) prikazuje simulacijo akustičnega sevanja dveh izvedenk elektromotorjev za različni kombinaciji statorskih

(c)

Slika 4: Primer virtualnega vrednotenje dveh konceptov elektromotorjev. (a) kombinacija utor-poli 12-8 in 12-10 (b) ter eksperimentalno vrednotenje hrupa več različnih variant elektromotorja (c).


Napredni pristopi pri obvladovanju vibroakustičnih problemov električnih strojev

Biografije avtorjev

Martin Furlan je leta 1993 na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani diplomiral z odliko na področju hrupa in vibracij ter se zaposlil v družbi Iskra Avtoelektrika d.d. Za delo »Zmanjšanje hrupnosti električnih strojev« je leta 1994 prejel univerzitetno Prešernovo nagrado. Kot mladi raziskovalec iz industrije je nadaljeval podiplomski študij in leta 1999 magistriral ter 2003 doktoriral. V svojih delih se je posvetil problematiki hrupa električnih strojev z vidika modeliranja in eksperimentalnega vrednotenja sklopljenih magneto-mehanoakustičnih problemov. V času podiplomskega študija mu je bila dodeljena štipendija »Confederation of British Industry«, za enoletno strokovno izpopolnjevanje na področju numeričnih simulacij v družbi FEA Ltd v Veliki Britaniji. V soavtorstvu je objavil več izvirnih znanstvenih člankov in je avtor dveh patentov. Sodeloval je v številnih industrijskih projektih znotraj družbe Iskra Avtoelektrika d.d. ter se udeležil mnogih mednarodnih konferenc doma in v tujini. Vse od leta 1993 je zaposlen v razvojnem oddelku družbe Iskra Avtoelektrika d.d. kej je vodja področja razvoja in raziskav hrupa, vibracij in vzdržljivosti izdelkov – odgovoren je za vibroakustiko, napredne tehniške meritve in virtualna vrednotenja. Andrej Biček je od leta 2002 zaposlen v podjetju Domel, d.o.o , kjer je v oddelku Razvoja zadolžen za področje akustike in vibracij. Po zaključku študija strojništva s področja preoblikovanja materialov je v podjetju strokovno pot začel kot razvijalec

31 - konstrukter v številnih zahtevnih projektih, kjer je razvojne ideje nadgradil z poznavanjem tehnološkega področja. Skupaj z strokovnjaki iz Inštituta Jožef je sodeloval pri testiranju motorjev v proizvodnji v okviru projekta Diagnostične kontrolne naprave ter pri optimiranju in nadgradnji sistema arhiviranja meritev, za katerega je Domel skupaj z IJS leta 2010 prejel nagrado TARAS. Sodeloval je tudi pri razvoju »Tihe sesalne enote 464 z visokim izkoristkom« s katero Domel uspešno konkurira v svetovnem vrhu, ter je zanjo prejel številna priznanja , med njimi leta 2009 tudi zlato plaketo GZS za inovacije. V letu 2011 se je prezaposlil v podjetje NELA d.o.o., kjer njegovo delovanja danes obsega iskanje novih pristopov in rešitev za zniževanje nivoja vibracij in hrupa ter njihovo integracijo pri zasnovi novih izdelkov. Matej Tadina je leta 2005 diplomiral na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani s področja vibracij. Nato se je zaposlil v družbi DOMEL d.d. in kot mladi raziskovalec iz gospodarstva nadaljeval podiplomski študij na Fakulteti za strojništvo, kjer je leta 2012 doktoriral. Tekom podiplomskega študija se je v okviru evropskega projekta SIMVIA2 izpopolnjeval na Katoliški univerzi v Leuvnu s področja strukturnega hrupa, kjer je sodeloval s podjetjem LMS. Kot avtor se je udeležil dveh mednarodnih konferenc in objavil izvirni znanstveni članek. V letu 2011 se je prezaposlil v podjetje NELA d.o.o., kjer je odgovoren za vibracijska testiranja in meritve ter virtualna vrednotenja.

http://SPOT-2012.teces.si


32

Sodobni senzorji pozicije in hitrosti v elektromotorskih pogonih Sergio Fabris RLS d.o.o., C. II. Grupe odredov 25, 1261 Ljubljana - Dobrunje e-pošta: sergio.fabris@rls.si

Uvod

Današnje potrebe po pozicijskih in hitrostnih zankah narekujejo vgradnjo dajalnikov/senzorjev pozicije oziroma hitrosti v elektromotorje. Na trgu obstaja vrsta dajalnikov, ki se med seboj razlikujejo po izvedbi in načinu delovanja. V podjetju RLS več kot desetletje izdelujemo magnetne dajalnike pomika in zasuka. Že leta 1998 smo namreč kot prvi ponudili absolutne dajalnike zasuka, ki kot osnovo delovanja uporabljajo zaznavanje polja permanentnega magneta s Hallovimi senzorji in so glede lastnosti primerljivi, glede cene pa zelo konkurenčni dobro uveljavljenim optičnim dajalnikom. Glavne značilnost magnetnih dajalnikov zasuka so: • absolutni način delovanja • brezkontaktno tipanje • točnost ~ 0.2° ob dobri ponovljivosti • visoka hitrost delovanja: do 60.000 vrtljajev/min • široko temperaturno območje delovanja: od -40 °C do +125 °C • neobčutljivost na vibracije

Magnetni dajalniki pozicije in hitrosti z aksialnim tipanjem - OnAxisTM

Dajalnik z aksialnim tipanjem (OnAxisTM) sestavljata integrirano senzorsko vezje in diametralno polarizirani magnet, ki se vrti nad njim. Integrirano vezje združuje polje Hallovih senzorjev, nastavljive ojačevalnike, A/D pretvornike za interpolacijo in več različnih izhodnih vmesnikov. Magnet je običajno nameščen na koncu vrteče se osi, integrirano vezje pa je postavljeno tako, da se os vrtenja magneta ujema z lego Hallovih senzorjev v integriranem vezju. V integriranem senzorskem vezju se pod magnetom generirata dva fazno zamaknjena sinusoidalna signala Sin in Cos z eno periodo na obrat magneta. Integrirano polje Hallovih senzorjev je postavljeno v krogu, ki je razdeljen na štiri kvadrante S1, S2, S3 in S4. Sinusoidalna signala dobimo s

Slika 1: V krogu postavljeni Hallovi senzorji in senzorsko vezje z magnetom

seštevanjem prispevkov senzorjev v sosednjih kvadrantih in odštevanjem senzorjev v nasprotnih kvadrantih: Sin = (S1+S2)-(S3+S4) in Cos = (S1+S4)(S2+S3). Točnost dajalnika je odvisna od kakovosti teh dveh signalov. Parametri, ki najbolj vplivajo na točnost, so: 1. razlika med amplitudama sinusoidalnih signalov 2. odmik od srednje vrednosti (offset) 3. fazna razlika med signaloma 4. popačenje signalov zaradi višjih harmonskih komponent, ki so posledica odstopanja od idealne oblike in magnetiziranosti magneta. Prvi trije parametri so obvladljivi z nastavitvami ojačevalnikov v senzorskem vezju, delež višjih harmonskih komponent pa se da zmanjšati z uporabo primerno izbranih magnetov. Tako dosegamo ločljivosti dajalnikov do 13 bitov oz. 8192 stanj na obrat. Višje ločljivosti so omejene z razmerjem signal/šum. Osnovna napajalna napetost senzorskega vezja je 5 V. Pri tem je amplituda sinusoidalnih signalov enaka 2 Vpp in je širina enega stanja (LSB) enaka 2 V / 8192 = 0.24 mV. Za zanesljivo delovanje takega dajalnika uporabljamo sortirane magnete na osnovi redkih zemelj, na primer SmCo ali NdFeB magnete, ki se vrtijo na relativno majhni razdalji od senzorskega vezja. Pomembno je tudi sovpadanje osi vrtenja magneta z lego centra Hallovih senzorjev.


Sodobni senzorji pozicije in hitrosti v elektromotorskih pogonih

Absolutna vrednost zasuka magneta je preračunana iz razmerja med Sin in Cos signalom, torej funkcija ArcTg. Podatek o poziciji je na voljo v različnih oblikah preko izhodnih uporabniških vmesnikov. Dajalnike zasuka delimo glede na vrsto izhodnih signalov v več skupin: 1. Inkrementalni dajalniki Izhoda sta dva digitalna signala, običajno označena z A in B, ki sta fazno zamaknjena za četrt periode, kar omogoča detekcijo smeri vrtenja. Pogosto je dodan še referenčni impulz (Z ali Index), ki se pojavi vedno v isti legi enkrat na obrat. 2. Absolutni dajalniki pozicije Dajalnik generira kodo absolutne pozicije, ki je fizično določena s pozicijo magneta. Najpogostejši izhodni vmesniki so: • Paralelni vmesnik predstavlja najhitrejši način prenosa podatkov do krmilnika. Primeren je za nižje ločljivosti (do 9 bitov), saj vsak bit potrebuje svojo fizično povezavo s krmilnikom. • SSI (Synchro Serial Interface) je eden najpogostejših serijskih vmesnikov. Krmilnik generira CLK impulze, dajalnik pa za vsak impulz vrne en bit absolutne lege. Za povezavo do krmilnika zadostujeta dve liniji. • Sin/Cos analogni izhodi – v tem primeru krmilnik že sam vsebuje interpolatorsko enoto. • Potenciometrični izhod – dajalnik generira napetost, ki je sorazmerna zasuku magneta. Potrebna je ena sama signalna linija. S pretvorbo napetostnega v tokovni signal je možen tudi dajalnik s tokovnim izhodom v območju od 4 - 20 mA. 3. Dajalniki s komutacijskimi izhodi V posebno skupino uvrščamo dajalnike, ki se uporabljajo za komutacijo brezkrtačnih DC (BLDC) motorjev. Dajalnik generira tri digitalne signale, imenovane U, V in W, ki so medsebojno zamaknjeni za 120°. Število period komutacijskih signalov ustreza številu polov BLDC motorja. Pri montaži

dajalnika je potrebno sinhronizirati signale z začetno lego rotorja. V ta namen ima dajalnik dodatno funkcijo ničliranja: po vgradnji magneta in senzorskega vezja mora uporabnik postaviti rotor v začetno lego in nato ničlirati dajalnik. Za ničliranje zadostuje kratek stik med dvema kontaktoma. RLS ponuja široko paleto različnih dajalnikov za industrijske aplikacije, kjer je senzorsko vezje vgrajeno v kovinsko ohišje, ki poleg dobre EMC in ESD zaščite varuje tudi pred mehanskimi poškodbami. Dajalnik je s krmilnikom povezan z oklopljenim kablom, po potrebi je uporabljen tudi kabel z dvojnim oklopom. Prav tako je dajalnik vedno opremljen z linijskim gonilnikom (line driver), kar omogoča zanesljiv prenos podatkov tudi na velike razdalje. V določenih aplikacijah je zahtevana višja zanesljivost oziroma potreba po redundančnem sistemu. Za te primere obstaja posebna izvedba dajalnika, kjer sta dve senzorski vezji »v sendviču« zaprti v istem ohišju. Senzorski vezji nimata nobene skupne električne povezave: ločeni sta tako napajalni liniji kot linije izhodnih signalov. Obe senzorski vezji zaznavata pozicijo istega magneta.

33

Magnetni dajalniki pozicije in hitrosti z radialnim tipanjem - OffAxis

V primerih, kjer ni možna vgradnja magneta in dajalnika na konec osi, se uporabljajo dajalniki AksIMTM z nosilcem informacije v obliki obroča z magnetnim zapisom. Dajalnik AksIMTM je prvi, ki uporablja magnetni zapis s samo eno inovativno kodirano sledjo in nudi ločljivost do 18 bitov. Razvili smo senzor hitrosti GTS35/45, ki kot nosilec informacije uporablja zobato kolo. GTS35/45 ima vgrajena dva Hallova senzorja in generira samo inkrementalna signala A in B. Signala sta fazno zamaknjena za 90°, kar omogoča detekcijo smeri vrtenja. Senzor hitrosti deluje pri napajalnih napetostih med 4.5 - 24 V. Izdelek je v fazi prenosa v proizvodnjo.

Slika 2: Različne izvedbe OnAxisTM dajalnikov http://SPOT-2012.teces.si


Sodobni senzorji pozicije in hitrosti v elektromotorskih pogonih

34

Zaključek

Magnetni dajalniki so našli svoje mesto v veliko aplikacijah. Najpogosteje so uporabljeni v elektromotorskih pogonih kot tudi v robotiki, medicinskih napravah, sončnih elektrarnah, kovinsko in lesnoobdelovalnih strojih, vojaških aplikacijah... V RLS kot razvojno usmerjenem Slika 4: GTS45 in zobato kolo

Slika 3: AksIMTM senzor in magnetni obroč

podjetju vedno poskušamo skupaj z naročnikom najti optimalno rešitev za dano aplikacijo. Kot primer navajamo namenski magnetni dajalnik, razvit v sodelovanju z Iskro Avtoelektriko, ki je vgrajen v pogonski motor električnega mopeda.

Biografije avtorjev

Sergio Fabris je leta 1990 končal univerzitetni študij elektrotehnike na Univerzi v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko. V RLS je zaposlen 18 let in se ukvarja z razvojem in trženjem magnetnih senzorjev.


Obvladovanje razvoja in proizvodnje mehatronske komponente v avtomobilski industriji - interdisciplinarni pristop učinkovitega razvojnega cikla izdelka

35

Škofic J., Pogačnik A., Đurić M., Šubic D., Ambrožič J., Snedic U., Čermelj P. 1 Iskra Mehanizmi, d.o.o., Lipnica 8, 4245 Kropa, e-pošta: jskofic@iskra-mehanizmi.si

1

Uvod

Besedna zveza »kompleksni mehatronski komponenta« predstavlja široko področje sistemov, običajno v avtomobilski industriji, kjer podjetje Iskra Mehanizmi trenutno sistematično pospešuje učinkovitost in celostnost razvoja in avtomatizirane proizvodnje manjših mehatronskih komponent. Tipično ti sklopi vsebujejo plastične komponente (ohišja), prenosnike gibanj (plastični zobniki), elektronska vezja in pogonski del (elektromotor). Kompleksnost teh komponent se kaže v integraciji različni, pomenjenih komponent v končno, z vidika zagotavljanja funkcije, v proizvodnjem smislu pa tudi z vidika zagotavljanja cenovno konkurenčne in stabilne (kakovostne) proizvodnje teh komponent. V tem delu bo predstavljen tipičen razvojni cikel zahtevnega mehatronskega sistema, ki služi pogonu žarometa v avtomobilih visokega cenovnega razreda (Mercedes, Porsche). Temu navkljub, so takšni sistemi že v samem začetku zavezani nenehni cenovni optimizaciji, kar še dodatno narekuje čim bolj učinkovit razvojni cikel produkta, proizvodnega procesa in proizvodnje same, vse to pa zahteva ustrezen, interdisciplinaren projektni tim, predvsem pa časovno in kakovostnoo učinkovito integracijo novih in obstoječih rešitev na področju oblike, funkcije, testiranja v fazi razvoja (verifikacija), proizvodnje in testiranaj v fazi proizvodnje (validacija).

Interdisciplinarni razvojni cikel

Po sprejetju zahtev kupca in kasneje postavitvi koncepta celotnega sklopa, je potrebno pripraviti celotno sliko poteka razvoja prototipa proti končnemu, validiranemu (sproščenemu oz. potrjenemu) izdelku. Validiran izdelek je funkcionalen sklop, ki zadošča vsem zahtevam,

ki sta jih skupaj dokumentirano določila kupec in proizvajalec (je verificiran), hkrati pa sam proizvodnji proces iz statističnega vidika izkazuje zahtevano stabilnost. Razvoj povsem novega izdelka, aktuatorja, od zahtev, postavitve koncepta, prototipov, razvoja in vzpostavitve procesa traja približno tri leta. V tem obdobju pa je ta, t.i. razvojni cikel izdelka, ustrezno obvladovati. Tako z vidika projektnega vodenja, kar vključuje obvladovanje vseh aktivnosti kot z vidika obvladovanja proizvida samega. Za ta namen je, najprej je bil samo v avtomobilski industriji, sedaj se širi tudi na ostala področja, postavljen standard APQP obvladovanja produkta od razvoja do produkcije, temelji pa na mednarodnem standardu ISO/TS 16949. Slika  1 prikazuje grob, shematičen pregled celotnega razvojnega cikla od zasnove do lansiranja v serijsko proizvodnjo.

Slika 1: Napredni, APQP postopek razvoja novega izdelka in procesa izdelave.

Takšen terminski/ogranizacijski plan se praviloma dopolni z natančnejšim protokolom, kjer se definira potrebno tehnično delo. Slika 2 prikazuje delo razvoja preden izdelek preide v http://SPOT-2012.teces.si


Obvladovanje razvoja in proizvodnje mehatronske komponente v avtomobilski industriji - interdisciplinarni pristop učinkovitega razvojnega cikla izdelka

36

serijsko izdelavo. Samo konstruiranje, optimiranje in validiranje oz. posamezni, pereči segmenti teh faz, ki so bistvena tema tega prispevka, se izkažejo za temeljne operacije, ko govorimo o časovno/ ekonomsko učinkovitem razvoju. V sklopu obravnavanja multi-disciplinarne problematike mehatronskih komponent na nivoju celotnega razvojnega cikla (APQP), bomo v tem delu prikazali nekaj detajlnejših vidikov kot so protokol krmiljenja in simuliranje dinamike koračnega motorja s trajnim magnetom, tribološki vidik za ustrezno obrabno obstojnost plastičnih zobnikov, uporabo naprednih podatkovnih baz v fazi proizvodnje, identifikacije skritih napak posameznih

komponet v fazi proizvodnje ter tudi vibro-akustike celotnega aktuatorja kot mehatroskega sistema. Učinkovito obvladovanje hrupa izdelkov je postalo v tem času zelo pomembno, saj zaradi želje po konkurenčnosti in kvalitetnih izdelkih kupci zahtevajo izredno nizke stopnje hrupa. Zaradi naraščanja ekološke osveščenosti večine ljudi, je trend zmanjševanja akustične emisije na določenih področjih tudi zakonsko določen. Velikokrat pa zmanjševanje ravni hrupa niti ni glavni cilj. Vedno bolj pogosto je tema obravnave kvaliteta zvoka. To pogosto srečujemo pri izdelkih visokega cenovnega razreda. Zvok motorja športnih avtomobilov je v zadnjih časih skoraj vedno modificiran z uporabo

Slika 2: Levo: kompleksen mehatronski (aktuator) z arhitekturo krmilnika; sredina: aktuator kot del sklopa žarometa in desno: končni produkt, kamor se aktuator vgrjajuje. Zgoraj: celotna problematika, ki jo razvoj aktuatorja zahteva za doseganje zahtev kupca.


Obvladovanje razvoja in proizvodnje mehatronske komponente v avtomobilski industriji - interdisciplinarni pristop učinkovitega razvojnega cikla izdelka

resonatorjev in loput in tako ne predstavlja več realnega zvoka, kot smo ga bili vajeni v preteklosti. Podobno je tudi z zapiranjem vrat. Avtomobili nižjega cenovnega razreda pri zapiranju vrat podajajo precej slabši občutek kvalitete, kot luksuzni avtomobil višjega razreda. S takšnim manipuliranjem ustvarjamo občutek kvalitetnejšega izdelka, na žalost pa praviloma tudi močno povečujemo maso že tako težkih avtomobilov. Takšne manipulacije ali celo umetno ustvarjanje dodatnega hrupa so pogoste tudi na drugih področjih. Pri takšnem optimiranju

je seveda potrebno poskrbeti za primernost vibro-akustičnih razmer na vseh sestavnih delih avtomobila, saj bi bil prevladujoč zvok npr. aktuatorja v luči seveda popolnoma nesprejemljiv. Predstavitev bo zaključena še z prikazom trenutnega stanja in težnje po nenehni širitvi kompetenc našega podjetja na področju R&D. Slika 3 prikazuje nekoliko detajlnejši vidik APQP razvojnega cikla, kjer z modro želimo izpostaviti naše in tudi z vidika kupca in trga pričakovane težnje po izboljšavah.

37

Slika 3: Tipski vodstveni prikaz posameznih faz razvojnega cikla razvoja izdelka in procesa

Biografije avtorjev

Dr. Janez Ambrožič, univ. dipl. inž. el, je doktoriral leta 2008 na področju moduolacij in tehnik prenosa podatkov po energetskih linijah. Med leti 1997 in 2009 je sodeloval na velikih industrijskih projektih v Sloveniji in po svetu, predvsem v Skandinaviji. Od leta 2010 deluje kot raziskovalec, razvijalec in svetovalec na področju razvoja strojne, programske in procesne opreme in procesov. Dr. Primož Čermelj, univ. dipl. inž. str., je doktoriral v letu 2005 na področju eksperimentalnega in numeričnega preučevanja vibracij kompleksnih struktur. Med leti 2001 in 2010 je vodil in deloval na več industrijskih projektih v sklopu Fakultete za strojništvo in LMS Belgija, od leta 2010 dalje je zaposlen v Iskri Mehanizmi. Od leta 2011 kot direktor razvoja. Mario Đurić, univ. dipl. inž. str., je diplomiral leta 2011 na Fakulteti za strojništvo in prvo zaposlitev dobil v podjetju Iskra Mehanizmi. Trenutno je zaposlen kot razvijalec v razvoju.

Aljaž Pogačnik, univ.dipl.inž.str., Mladi raziskovalec iz gospodarstva pri podjetju Iskra Mehanizmi na področju tribologije polimernih materialov. Uroš Snedic, univ.dipl.inž.el., je diplomiral v letu 2004 na področju zanesljivosti delovanja elektronskih naprav. Med leti 2004 in 2012 je deloval na več industrijskih projektih v podjetjih IskraEMECO, Tušmobil in IskraMIS. Od leta 2012 dalje je zaposlen v Iskri Mehanizmi na področju podatkovnih baz. Jan Škofic, univ. dipl. inž. str., Mladi raziskovalec iz gospodarstva pri Iskra-Mehanizmi na področju kompleksnih mehatronskih sistemov. Danilo Šubic,.dipl.inž.el. je diplomiral leta 1998 na področju krmiljenja koračnih motorjev. Med leti 1998 in 2011 je vodil in deloval na več industrijskih projektih v podjetju IskraEMECO. Od leta 2011 dalje je zaposlen v Iskra Mehanizmi kot razvijalec na področju razvoja strojne, programske in procesne opreme.

http://SPOT-2012.teces.si


38

Plenarno predavanje

Pregled pretvorniške tehnike pri alternativnih virih in motornih pogonih Danijel Vončina1, Miro Milanovič2, 3 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, SI-1000 Ljubljana, e-pošta: voncina@fe.uni-lj.si

1

Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, SI-2000 Maribor, e-pošta: milanovic@uni-mb.si

2

3

TECES, Pobreška c. 20, SI-2000 Maribor

Pregled pretvornikov primernih za uporabo z alternativnimi viri

Poraba električne energije v zadnjem času enormno narašča. Priča smo velikemu zagonu elektroindustrije, kjer so pretvorniški sistemu uporabljeni pri alternativnih virih energije, v katere štejemo foto-voltaične sisteme in sisteme z gorivnimi celicami, ki so lahko podprti tudi z baterijskimi sistemi [1]. Zahteve pri delovanju takšnih sistemov so različne pri tako imenovanem »otočnem« načinu delovanja od delovanja z omrežju (slika 1(a)). Pri otočnem delovanju nam breme diktira tok iz solarnega panela in zaradi tega ne moremo govoriti o sledenju točki maksimalnega pretoka moči (Maximum Power Point Traking – MPPT), kar ni slučaj pri omrežno–priključenih sistemih (slika 1 (b), kjer celi sistem deluje kot tokovni generator in zato lahko sledimo maksimalnem pretoku moči [2],[3]. Pri omrežno-priključenem sistemu pa moramo slediti nekaterim zahtevam, ki so na prvi pogled nasprotujoče. Izhodni tok pretvornika mora imeti obliko, ki jo predpisuje distributer energije, po drugi strani za iztisniti maksimum iz solarnega panela pa morata biti valovitost toka in valovitost napetosti foto-voltaičnega panela znotraj tolerančnega območja, ki omogoča MPPT delovanje. V predstavitvi bomo pokazali trenutno stanje tehnike na tem področju, naše izkušnje in nekaj inovativnih idej za bodoče delo na pretvorniških sistemih, kjer bodo prikazane tudi krmilne enote zasnovane na mikrokrmilniški in FPGA tehniki. Pokazati želimo nekatere metode, ki bodo pripeljale do minimalnih gabaritov pretvorniških sklopov in izboljšanje izkoristka takšnih pretvorikov. V nadaljevanju pregleda se bomo lotili tudi pretvorniških sistemov, kjer lahko uporabimo energijo vodika. Energija, shranjena v vodiku, se

(a)

(b)

(c)

Slika 1: (a) Otočni foto-voltaični sistem; (b) Fotovoltaični sistem priključen na omrežje; (c) sistem gorivne celice

najprej s pomočjo elektro-kemijskega pretvornika (gorivne-celice) pretvori v električno energijo, slednja pa se pretvori glede na potrebe priključenega


Pregled pretvorniške tehnike pri alternativnih virih in motornih pogonih

bremena. Pretvorniški sistemi z gorivnimi celicami, imajo izhodne stopnje podobne kot je to pri fotovoltaičnih sistemih vendar za »kondicioniranje« enosmerne zbiralke potrebujejo še pomoč dodatne baterije in ustreznega pretvorniškega sistema, kot je to prikazano na sliki 1(c). V prezentaciji bomo prikazali, kako elektro-kemijske lastnosti gorivne celice vplivajo na pretvorniški sistem [4], ki omogoča dolgo življenjsko dobo le-te. Pogledali bomo tudi različne strukture DC-DC pretvornikov (več-fazne), ki so primerne za te aplikacije [5].

Pregled stikalnih pretvornikov na področju elektromotorskih pogonov

V drugem delu bo predstavljen pregled pretvornikov in krmilno-regulacijskih algoritmov, ki se uporabljajo v elektromotorskih pogonih. Pri pretvorbi napetosti in frekvence enofaznih in večfaznih sistemov za napajanje elektromotorskih pogonov z možnostjo regulacije izhodnih napetosti in tokov v širokem območju vrtilne hitrosti, se najpogosteje uporabljajo pretvorniki z napetostnim ali tokovnim vmesnim tokokrogom [6]. Glede na tip uporabljenega stroja, se standardna mostična vezja nekoliko modificirajo in bodo v prispevku tudi podrobneje predstavljena (Slika 1). Zaradi specifičnih zahtev, ki jih morajo izpolnjevati elektromotorski pogoni, se razvijajo številne različice pretvornikov, ki omogočajo npr. dvosmerni pretok energije, imajo majhno vsebnost višjeharmonskih komponent napetosti oz. toka na izhodu, imajo možnost kompenzacije jalove moči

oz. vlečejo iz omrežja le delovno moč, omogočajo nemoteno delovanje stroja pri nestabilnem viru napajanja, itd. [7]. Poleg osnovne dvo- in trinivojske izvedbe pretvornikov se v zadnjem času vse večjo pozornost posveča tudi večnivojskim pretvornikom. Tako razlikujemo izvedbe z enim vmesnim tokokrogom, kjer z zgradbo pretvornika poskrbimo za generiranje večjega števila napetostnih nivojev, s katerimi oblikujemo izhodno napetost. Po drugi strani pa lahko uporabimo več, po napetosti različnih ali enakih enosmernih vmesnih tokokrogov, ki jih s pretvornikom med seboj kombiniramo pri sestavljanju izmenične izhodne napetosti. Pri tem je skupni cilj, da izhodna napetost vsebuje čim manj višjeharmonskih komponent, kar zmanjša potrebo po dodatnem filtriranju [8]. Druga smer razvoja so pretvorniški sistemi brez enosmernega vmesnega tokokroga (ciklokonverterji in matrični pretvorniki). Sprva so se uporabljali pri pogonih največjih moči, v zadnjih letih pa se uveljavljajo tudi na področju srednjih moči [9]. Na koncu bo predstavljen tudi primer uporabe pretvornika z impedančnim prilagodilnim vezjem (IPV) za pogon asinhronskega motorja pri spremenljivi napajalni napetosti. V nasprotju z dvostopenjskim pretvorniškim sistemom, lahko pri razsmerniku z IPV dosežemo dvig napetosti v enosmernem vmesnem tokokrogu in modulacijo izhodnih veličin v eni stopnji. Prikazani bodo rezultati, ki smo jih dosegli na eksperimentalnem modelu [10-13].

39

Slika 2: Različne izvedbe pretvornikov za elektromotorske pogone http://SPOT-2012.teces.si


Pregled pretvorniške tehnike pri alternativnih virih in motornih pogonih

40

Literatura [1] R. Erickson and D. Maksimovic, Fundamentals of power electronics - 2nd edn, Kluwer Academic Publishers, 2001 [2] M. E. Ropp, M. Begovic, A. Rohatgi, Determining the relative effectiveness of islanding prevention techniques using phase criteria and non-detection zones. IEEE Transactions on Energy Conversion, vol.15, no.3:290–296, 2000 [3] D. Schulz, B. Lchamsuren, R.Hanitsch, Power quality improvements of solar systems: simultaneous inverter operation results in reduction of distortions. PCIM Power Quality Conference, Nurnberg:183–188, 2001 [4] J. Correa, F. Farret, L. Canha, and M. Simoes, An electrochemical based fuel-cell model suitable for electrical engineering automation approach, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 51, pp. 1103 – 1112, 2004 [5] C. Wang, M.H. Nehrir, S.R. Shaw; Dynamic models and model validation for PEM fuel cells using electrical circuits, IEEE Transactions on Energy Conversion, Issue 2, June 2005 [6] B. K. Bose, “Modern Power Electronics and AC Drives”, Prentice – Hall, Upper Saddle River, 2002. [7] P. Bajec, B. Pevec, D. Vončina, D. Miljavec, J. Nastran, “Extending the low-speed operation range of PM generator in automotive applications using novel AC-DC converter control”, IEEE Trans. ind. electron., vol. 52, no. 2, str. 436-443, 2005 [8] L. G. Franquelo, J. Rodriguez, J. I. Leon, S. Kouro, R. Portillo, M. A. M. Prats, “The Age of Multilevel Converters Arrives”, IEEE Industrial Electronics Magazine, Vol. 2, No. 2, pp. 28 – 39, June 2008 [9] J. W. Kolar, T. Friedli, J. Rodriguez, P. W. Wheeler, “Review of Three-Phase PWM AC-AC Converter Topologies”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58, No. 11, pp. 4988 – 5006, November 2011 [10] F. Z. Peng, “Z-source inverter”, IEEE Transactions on Industrial Applications, Vol. 39, No. 2, pp. 504-510, March/April 2003 [11] K. Holland, M. Shen, F. Z. Peng, “Z-source inverter control for traction drive of fuel cell-battery hybrid vehicles”, Industry Applications Conference, Vol. 3, pp. 1651 – 1656, October 2005 [12] P. L. Loh, D. M. Vilathgamuwa, Y. S. Lai, G. K. Chua, Y. Li, “Pulse-width modulation of Z-source inverters”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 20, No. 6, pp. 1346 – 1355, November 2005 [13] M. Shen, A. Joseph, J. Wang, F. Z. Peng, D. J. Adams, “Comparison of traditional inverters and Z-source inverter for fuel cell vehicles”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 4, pp. 1453 – 1463, July 2007 [14] F. Z. Peng, M. Shen, K. Holland, “Application of Z-Source Inverter for Traction Drive of Fuel Cell-Battery Hybrid Electric Vehicles”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 3, pp. 1054 – 1061, May 2007.

Biografije avtorjev

Danijel Vončina je diplomiral leta 1989, magistriral leta 1992 in doktoriral leta 1996 na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, kjer je od leta 2010 redni profesor na Katedri za mehatroniko in predstojnik Laboratorija za regulacijsko tehniko in močnostno elektroniko. Leta 1993 je z ostalimi člani raziskovalne skupine prejel nagrado Republike Slovenije za znanstveno raziskovalno delo in sicer za izum tehnološkega postopka kalibracije s trajnim magnetom predmagnetizirane dušilke. Leta 1997 se je strokovno izpopolnjeval na Inštitutu za regulacijsko tehniko in močnostno elektroniko Univerze v Stuttgartu. Poleg rednih objav rezultatov dela v znanstvenih revijah je tudi soavtor petih patentov. Raziskovalno je aktiven na področju močnostne elektronike, regulacijske tehnike in obnovljivih virov energije.

Miro Milanović je diplomiral leta 1978, magistriral leta 1984 in nato leta 1987 zaključil doktorski študij na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru,  Po opravljeni diplomi se je zaposlil v letih od 1978 do 1981 kot razvojni inženir v Tovarni stikalnih naprav v Mariboru. Od leta 1981 do danes je zaposlen na  Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru. Leta 1993 je bil gostujoči raziskovalec na univerzi v Wisconsinu, Madison, ZDA in leta 1999 je bil gostujoči profesor na Univerzi v Tarragoni v Španiji. Na pozicijo rednega profesorja Univerze v Mariboru je bil promoviran leta 2003. Od leta 2010 pa je prevzel  predstojništvo Inštituta za robotiko. Miro Milanovič vse od leta 2006 deluje tudi kot svetovalec za področje močnostne elektronike na Tehnološkem centru za električne stroje (TECES, Maribor). Njegova glavna raziskovalna področja so matrični pretvorniki, usmerniška vezja s korekcijo faktorja moči ter dcdc pretvorniški sistemi za alternativne vire energij. V obdobju 2002-2006 je dr.  Miro Milanović bil podpredsednik slovenskega sekcije IEEE.


Novo vodenje izmeničnih motorjev v slabljenju polja

41

Dušan Drevenšek, David Stojan TECES, Pobreška c. 20, SI-2000 Maribor e-pošta: dusan.drevensek@teces.si , david.stojan@teces.si

Uvod

Tema predstavitve je slabljenje polja pri izmeničnih motorjih s posebnim poudarkom na sinhronskih motorjih s permanentnimi magneti. Uveljavljeni principi vodenja motorja v slabljenju polja niso v vseh pogledih optimalni. Ko podjetja na trgu tekmujejo z elektromotornimi pogoni konkurenčnih podjetij, je pomembno, da se pogon po lastnostih kot so: maksimalna moč, maksimalni vrtilni moment v odvisnosti od hitrosti, izkoristek in dinamika, približa fizikalnim omejitvam sistema podanega z omejeno napajalno napetosti in maksimalnim tokom pretvornika. Klasični in uveljavljeni pristopi k slabljenju polja pri uporabi vektorske regulacije zahtevajo napetostno rezervo, ki je regulacijsko in ne tudi fizikalno potrebna. Zaradi tega predlagamo novo rešitev regulacije toka pri vektorski regulaciji, ki se odlikuje po enostavnosti in odličnih lastnostih. Poudarek predstavitve je na implementaciji na sinhronskem motorju s permanentnimi magneti (bodisi s površinskimi magneti ali IPM konstrukcijo), princip je pa uporaben tudi za ostale izmenične motorje (asinhronski motor, sinhronski reluktančni motor).

Obstoječe rešitve vodenja izmeničnih motorjev v slabljenju polja

Slabljenje polja zaheva implementcijo naslednjih pomembnih nalog: generiranje želenih tokov iz želenega vrtilnega momenta ob upoštevanju MTPA (Maximal Torque per Ampere) in MTPF (Maximal Torque per Flux), omejevanje vrtilnega momenta glede na tokovno zmogljivost pretvornika, napajalno napetost in obratovalno delovno točko motorja ter tokovno regulacijo. Osredotočili se bomo predvsem na tokovno regulacijo. Klasični vektorski pristop k regulaciji uporablja dva PI regulatorja v dq koordinatnem sistemu. Za boljšo dinamiko pri višjih hitrostih se uporabi razklopitev navskrižnih vplivov med d in q osjo. Ko povečujemo hitrost motorja, se veča

inducirana napetost motorja in regulacijska rezerva regulatorjev se zmanjšuje. Če se zgodi, da zaide kateri od obeh tokovnih regulatorjev v nasičenje, izgubimo sposobnost regulacije toka, zato se običajno uvede regulacijska struktura, ki to preprečuje. Le ta lahko temelji na povratni vezavi statorske napetosti, ki jo z regulatorjem držimo na želeni vrednosti, lahko je pa regulacija tudi kombinirana s predkrmiljenjem z uporabo signala želenega vrtilnega momenta in look-up tabel. Pregled različnih metod za primer sinhronskega motorja s permanentnimi magneti je lepo podan v [1]. V večini primerov rešitev imamo opravka s klasično regulacijo toka v d-q koordinatnem sistemu, ki zahteva napetostno rezervo, zaradi česar sistem v področju slabljenja polja ne more doseči maksimalnega vrtilnega momenta, moči in izkoristka. Obstajajo tudi strukture, za katere avtorji trdijo, da ne potrebujejo napetostne rezerve [2,3], vendar so zapletene in zahtevajo več look-up tabel. Poskusi v smeri poenostavitve regulacije z enim samim regulatorjem toka preko kota statorske napetosti za sinhronski motor so podani v literaturi [5,6]. Te rešitve imajo počasno dinamiko oz. slabo dušene oscilacije. Za asinhronski motor soroden pristop predlaga Vukosavić [7]. Opisana nova rešitev je sorodna tej zadnji skupini rešitev.

Sinteza novega vodenja

Da bi lahko napetost v popolnosti izkoristili, je potreben tak pristop, ki bo deloval brez napetostne rezerve, omogočal hitro dinamiko in globoko slabljenje polja, bo enostaven za implementacijo in neobčutljiv na variacije parametrov stroja. Kako to doseči? Postavimo si za cilj, da želimo motor vrteti z maksimalno razpoložljivo napetostjo – torej brez napetostne rezerve. Če obravnavamo nalogo slabljenja v polarnem koordinatnem sistemu, nam http://SPOT-2012.teces.si


Novo vodenje izmeničnih motorjev v slabljenju polja

42

Slika 1: Vodenje sinhronskega motorja s površinskimi magneti

preostane samo en neodvisen parameter, s katerim lahko vplivamo na sistem – to je kot napetostnega vektorja. Na vsak vektor statorske napetosti v d-q koordinatnem sistemu s podanim kotom in fiksno dolžino včrtanega kroga pri podani hitrosti vrtenja se bo motor odzval s tokovnim vektorjem podanim s koordinatami (id,iq). Očitno je, da v tem primeru ne moremo neodvisno nastavljati d in q komponente toka. Pravzaprav to niti ni potrebno, kajti izberemo si lahko, da bomo s kotom napetostnega vektorja regulirali q-komponento statorskega toka, preko katere bomo vplivali na vrtilni moment motorja, d komponetni toka pa dovolimo, da se sama implicitno vzpostavi glede na trenutno napajalno napetost, vrtljaje in parametre stroja. Pri sintezi vodenja ugotovimo, da je najprimernejša struktura za regulacijo toka isq integrator, vendar se pojavi težava, da je regulacijski sistem slabo dušen in ima tendenco nihanja ob nenadnih spremembah želene vrednosti. Zarad tega je potrebno dodati stabilitzacijski element, ki bo zadušil oscilacije. Za primernega se izkaže visokopropustni filter. Blokovna shema regulacije za primer sinhronskega motorja s površinskimi magneti je prikazana na sliki 1, podrobnejša blok shema slabljenja polja pa je prikazana na sliki 2. Očitno je, da imamo z uporabo takšnega načina vodenja opravka s sistemom s spremenljivo strukturo, kjer je za nizke vrtljaje (pod slabljenjem polja) uporabljena klasična struktura vektorske regulacije v d-q koordinatnem sistemu z dvema PI regulatorjema. Preklop iz ene v drugo strukturo se izvede tako, da se tik pred preklopom izračunajo začetni pogoji regulatorjev za strukturo, ki se bo vključila, pri čemer lahko zagotovimo, da se zaradi

Slika 2: Blok shema slabljenja polja (zgoraj), stopnični odziv vrtilnega momenta v slabljenju polja (spodaj)


Novo vodenje izmeničnih motorjev v slabljenju polja

tega ne pojavi očiten in moteč prehodni pojav. Nova metoda slabljenja polja je praktično preizkušena tudi na sinhronskem IPM motorju, vendar je tam za zagotavljanje linearnosti odziva vrtilnega momenta in MTPA praktično vpeljati look-up tabele. Podoben princip je uporaben tudi za asinhronski motor.

Zaključek

Novi princip vodenja motorja v slabljenju polja izkorišča celotno napajalno napetost, omogoča

uporabo nadmodulacije, ne potrebuje izračunavanja želene vrednosti d-komponente toka, ker optimalna vrednost d-komponente toka v motorju sama implicitno vzpostavi, omogoča zelo hitro dinamiko odzivov vrtilnega momenta v slabljenju polja in je računsko nezahteven za implementacijo. Rezultati nove metode: metoda je že implementirana v pretvornikih, prijavljen je slovenski patent, tematika se bo pojavila v doktorski disertaciji in priznani mednarodni reviji.

43

Literatura [1] Bolognani, S., Calligaro, S., Petrella, R., Pogni, F., ‘’Flux-weakening in IPM motor drives: Comparison of state-of-art algorithms and a novel proposal for controller design’’, Proceedings of the 2011-14th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2011) [2] Bon-Ho Bae, Nitin Patel, and Steven Schulz , Seung-Ki Sul, ‘’New Field Weakening Technique for High Saliency Interior Permanent Magnet Motor’’, 38th IAS Annual Meeting. Conference Record of the Industry Applications Conference, 2003. [3] Seung-Ki Sul , ‘’Control of Electric Machine Drive Systems’’ , 2011 IEEE [4] Yuan Zhang, Fei Lin, Zheng Zhang, Longya Xu, ‘’Direct Voltage Vector Control for Field Weakening Operation of PM Machines’’ , Power and Energy Conference at Illinois (PECI), 2010 [5] Zhu Lei, Xue Shan, Wen Xuhui, Li Yaohua, Kong Liang, ‘’A new deep field-weakening strategy of IPM machines based on single current regulator and voltage angle control’’, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 1144–1149, 2010. [6] Yuan Zhang, Longya Xu, M.K. Güven, Song Chi, M. Illindala, ‘’Experimental Verification of Deep Field Weakening Operation of a 50-kW IPM Machine by Using Single Current Regulator’’, IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 47, No. 1, 2011. [7] Petar Matić, Aleksandar Rakić, Slobodan N. Vukosavić, ‘’Induction Motor Torque Control in Field Weakening Regime by Voltage Angle Control’’, Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International

Biografije avtorjev

Dušan Drevenšek je diplomiral, magistriral in diplomiral na FERI v letih 1993, 1997 in 2001. V letih 1993-2000 in 2001 je bil zaposlen na FERI, v 2000 pa je bil eno leto zaposlen v konzorciju WEMPEC, University of Wisconsin, Madison, ZDA. V letih 2002-2007 je bil zaposlen v podjetu Piktronik, kjer je razvijal krmilnike za izmenične motorje (asinhronske in sinhronske s permanentnimi magneti) za baterijsko napajane sisteme kot so vozila, plovila in letala. Od leta 2008 je zaposlen na TECESu kot vodja elektronike z glavnim fokusom na načrtovanju sistemov, sintezi regulacij in implementaciji softvera v strogen realnem času za pretvornike energije in motorske aplikacije.

David Stojan je prejel diplomo iz elektrotehnike na Univerzi v Mariboru, leta 2005. Od leta 2005 do 2008 je delal kot inženir v službi za vzdrževanje razdelilnih transformatorskih postaj v Elektru Celje. Od leta 2008 do danes je zaposlen kot mladi raziskovalec v tehnološkem centru za električne stroje (TECES) v Mariboru. Njegova raziskovalna področja so algoritmi vodenja električnih strojev ter načrtovanje magnetnih komponent močnostne elektronike.

http://SPOT-2012.teces.si


44

Tehnologije proizvodnje trofaznih elektronskih močnostnih stopenj za električna vozila Marjan Kerševan Iskra Avtoelektrika d.d., Polje 15, SI-5290 Šempeter pri Gorici, e-pošta: marjan.kersevan@iskra-ae.com

Povzetek

Tehnologija izdelave

Trofazna elektronska močnostna stopnja za krmiljenje LV brezkontaktnega motorja

Princip spajanja z nasičeno paro in uporaba vakuuma v fazi spajkanja

Slika 1: Slika prototipa elektronske močnostne stopnje (modul)

Slika 1: Slika prototipa elektronske močnostne stopnje (modul)

V prispevku je opisana tehnologija izdelave elektronske močnostne stopnje z uporabo substrata IMS (ang. Insulated Metal Substrate) in silicijeve tablete polprevodniškega tranzistorja. Posebna pozornost je namenjena opisu postopka spajkanja in postopka ultrazvočnega varjenja (ang. bonding). Predstavljen je tudi rentgenski pregled s katerim preverjamo ustreznost spoja. Poleg izbire materialov ustrezne kakovosti pa je uspešnost izdelave elektronske močnostne stopnje pogojena tudi s pravilno izbiro tehnologije in ustrezno umestitvijo in razporeditvijo naprav v proizvodnem procesu. Sinoptični načrt nazorno prikazuje potek proizvodnih faz in načine izdelave elektronske močnostne stopnje.

Posamezne faze tehnologije izdelave, ki jo pogojuje konstrukcija elektronske močnostne stopnje in uporabljeni materiali so: priprava komponent, nanos spajkalne paste, polaganje elektronskih komponent, spajkanje in ultrazvočno varjenje. Na sliki 2 je prikazan sinoptični načrt izdelave elektronske močnostne stopnje. V nadaljevanju posebno pozornost namenjamo postopku spajkanja in fazi ultrazvočnega varjenja. Za preverjanje ustreznosti spajkanja bomo predstavili rentgenski pregled. Za izdelavo elektronske močnostne stopnje je bila v podjetju izbrana tehnologija spajanja v pari oziroma kondenzaciji, ki v samem procesu podpira tudi uporabo vakuuma.

Spajkanje s paro [1] oz. nasičeno paro (ang. vapour phase

Opisana trifazna elektronska močnostna stopnja za krmiljenje asinhronskega ali sinhronskega motorja za sistemske DC napetosti 40-60V je bila razvita v sodelovanju strokovnjakov v podjetju Iskra Avtoelektrika d.d. in hčerinskega podjetja IskraLab d.o.o. Osnovni namen elektronske močnostne stopnje je krmiljenje 15-20kW motorja za pogon avtomobilov z električnim pogonom z nazivno napetostjo do 50 V in največjim dovoljenim tokom do 450 A. Prototip modula trifazne elektronske močnostne stopnje prikazujemo na sliki 1.


Tehnologije proizvodnje trofaznih elektronskih močnostnih stopenj za električna vozila

soldering) je v uporabi že vrsto let in v mnogih aplikacijah. Ta metoda je bila razvita že v letih 1970 pri Western Electric (Princetown). Sestavni deli, ki jih je potrebno spajkati so pomočeni v paro, ki sorazmerno hitro kondenzira na površinah komponent in s tem se prenese toplota pare na elektronske komponente. Temperatura pare je enaka vrelišču medija, pri normalnem tlaku naj bi bila nekoliko nad tališčem spajke. Primeren medij je lahko perfluorotriamylamin, (C5F11)3N, ki ima vrelišče pri 215°C, Galden LS [1] , ki ima vrelišče med 218 °C in 228 °C. Pri nas smo uporabili Galden HS240 s temperaturo vrelišča 240 °C. Vakuum v fazi spajkanja preprečuje nastanek zračnih mehurčkov. Združenje proizvajalcev elektronike v svojem standardu IPC-A-610 navaja priporočila, da največja dovoljena vsebnost zračnih mehurčkov ne sme presegati 25 % celotne površine spoja. Vojaški MIL standard MIL-STD-883 navaja: »zračni mehurček ne sme presegati 15 % površine, na robu pa 10 % površine«. Praktično pravilo renomiranih proizvajalcev elektronskih močnostnih modulov pa velja, da vsota vseh mehurčkov ne sme presegati 10 % celotne površine oziroma največji zračni mehurček ne sme presegati 3 % spajkalne površine.

žic. Pogostnost in infrastruktura ultrazvočnega varjenja je tako izpolnjena in razširjena, da je trenutno ne more izriniti nobena druga tehnologija. Namen ultrazvočnega varjenja je povezovanje oziroma spajanje v našem primeru silicijeve tablete polprevodniških tranzistorjev na zunanje priključke. S tem je vzpostavljen električni stik med polprevodnikom in priključnim terminalom.

45

Določitev parametrov varjenja in števila povezav

Za doseganje največje možne moči elektronske močnostne stopnje je najpomembneje optimizirati električne izgube [3]. Ena izmed metod zmanjševanja električnih izgub je zmanjšanje upornosti polprevodniškega tranzistorja. Lahko pa to dosežemo tudi z zmanjševanjem nizkoohmskih povezav. Primer takšne nizkoohmske povezave je prikazan na sliki 5, kjer so priključki tranzistorjev zaspajkani neposredno na masivne metalne priključke, tranzistor pa je priključen z uporabo aluminijaste žice .

Rentgenski pregled

En od načinov preverjanja ustreznosti spoja je rentgenski postopek. Z rentgenskimi žarki izdelamo fotografije spojev elektronskih komponent. Pridobljeni rezultati nam služijo za nadzor kvalitete spajkanja. Na sliki 3 (leva fotografija) je prikazan spoj, kjer vakuum v fazi spajkanja ni bil uporabljen; na desni fotografiji pa je prikazan spoj z uporabo vakuuma. Svetlo sivo obarvana območja predstavljajo zračne mehurčke, ki vplivajo na samo delovanje in zanesljivost elektronske močnostne stopnje.

Slika 3: Rentgenski posnetek spoja tranzistorja brez (levo) in z uporabo vakuuma (desno)

Ultrazvočno varjenje

Ultrazvočno varjenje z aluminijasto žico je standarden postopek, ki je bil uporabljen že v letu 1947 [2]. Letno se dandanes v elektronski industriji ultrazvočno zavari 8 do 9 bilijonov

Slika 3: Slika tranzistorjev povezanih z aluminijasto žico in primer povezave z uporabo traka

Zmanjševanje porabe časa pri proizvodnji in zvečanje produktivnosti

Običajen čas operacije za pritrditev ene aluminijaste žice z ultrazvočnim varjenjem znaša 1 sekundo. Na tri fazni elektronski močnostni stopnji za krmiljenje LV asinhronskega motorja je skupaj tudi čez 400 žičnih povezav. Čas potreben za izdelavo teh povezav torej znaša čez 7 minut. Edina možnost za skrajšanje postopka, ob upoštevanju enake tokovne zmogljivosti, je zmanjšanje števila žičnih povezav in uporaba debelejše aluminijaste žice. Pri uporabi debelejše žice pa pride do težav pri izvedbi polkrožnega loka. Novost, ki jo trenutno preizkušamo pa je uporaba aluminijastega traku namesto žice kar je prikazano na sliki 5. Tokovna zmogljivost je bistveno višja kot pri žici, prihranek pri izvedbi ultrazvočnega varjenja pa je skoraj za polovico manjši. http://SPOT-2012.teces.si


Tehnologije proizvodnje trofaznih elektronskih močnostnih stopenj za električna vozila

46

Literatura [1] Wassink K.R.J. (1984). Soldering in Eletronics. Electrochemical Publications LTD. South Ayrshire [2] Harman G. (2010). Wire Bondings in Microelectronics. The McGraw-Hill Companies, Inc. New York [3] Podržaj J., Trontelj J. (2007). Design consideration for power modules of electro-motor drives. Informacije MIDEM Vol.37, št. 3 (2007), Ljubljana

Biografije avtorjev

Marjan Kerševan je diplomiral na Univerzi v Novi Gorici smer Ekonomika in vodenje proizvodnih in tehnoloških sistemov. V Iskri Avtoelektriki je zaposlen 17 let, kjer je odgovoren za vodenje programa Elektronike.


How the electrification of Car influence the Motor design Market trends & Semiconductor solution

47

Frank-Steffen Russ EBV Electronic GmbH& Co KG. e-mail: frank-steffen.russ@ebv.com

Introduction

Never ever in the history there was a decade more focused on the energy saving than the last 10 years. State of the art electronic designs and semiconductor components more and more influence the concept of ICE car design. The consequence of this trend is that the E/E content of a car increases over 40% of the system cost of ICE car assembly. Mechanical systems are mainly replaced by electric systems, for ex.: electrical power steering, other actuators, ... The main driver of trend to replace mechanical systems by electric is energy saving. At the same time the comfort feature is more and more important. That means adding more comfort and safety features to the cars without increasing the overall consumption the existing and new systems must be designed optimally and efficiently. EMI requirements and a proper thermal management of new electronic designs lead into the trend that the electronic (including the semiconductors) is usually the part of the motor construction. And the motor itself is part of the system architecture, so practically the semiconductors are part of the compact mechatronic solutions. The following presentation will present an overall trend and examples of new semiconductor solutions for actual electronic designs ready for the next generations of motors used in the electrification of the cars. Beside that the overview of the trends on high voltage drive systems for electric drive systems will be given.

Semiconductors increase efficiency – Low voltage systems (<100V)

By using semiconductor solutions the efficiency could be maximized – 2 examples will be showed. For a linear regulation compared with a DC/DC

regulator the efficiency can be increased by 60 % for lower power range (1Watt) for higher power the impact is even more significant. A similar reduction could be achieved for relay replacement or current driver for relays. So by using the right semiconductor solution or designing the motor components in accordance to the semiconductor solution the efficiency can be maximized. Even for actual applications like start-stop systems there is a need to have semiconductor solutions. DC/DC converter systems decrease input voltages fluctuations and simplify design of those systems. Steering is one of the first mechatronic applications in terms of electrification of mechanical systems in the automotive environment. Different mechatronics system concepts are able to solve all needed requirement for today’s car by replacing the mechanical servo pump with electric motors. Depending on the construction of the car all electrical and electro hydraulic power steering system reduces power consumption in comparison to the original us system by 85%. With increased energy saving and safety regulatory demand more and more smart motor systems will be required. But the semiconductor solution for steering is now state of the art in design. By replacing power consuming devices and inflexible Asics based designs with more adaptable µcontroller or DSP based designs the efficiency and even some EMI requirements can be solved by using appropriate software approaches. Various types of MosFets are available at the moment. The standard leaded versions like TO 220 / I-pack / I²-pack are used for complex mechanical solutions. Often the longer leads will be used contacting the MosFet direct into mechatronic http://SPOT-2012.teces.si


How the electrification of Car influence the Motor design Market trends & Semiconductor solution

48

system. SMD version in combination with the right PCB substrate or even IMS based PCB technology has similar or better thermal and electrical results. Key benefits of such designs are better miniaturization and higher reliability of the final products. MOSFET modules are another step toward reliability goals, especially on high voltage high power designs where isolation voltages and power dissipation are of primary concern. The driving and controlling the MosFets in bridge configuration can be designed meanwhile with a large scale of industrial standard driver IC’s for various application ranges. Magnetic sensors for position, angular or speed detection are necessary in various designs. Motor performances can be optimized with combination of precision position sensors and advanced control algorithms. The actual designs are showing that motors/ electronics are getting more and more complex mechatronic solutions. Not only the steering applications, even oil, water pumps and HVACpumps, fans and further more will be equipped in the 12 and 24 Volt systems with brushless motors.

Semiconductors increase efficiency – High voltage systems (>200V)

BEV (Battery Electric Vehicles) and HEV (Hybrid Electric Vehicles) are using AC induction motors or

BLPM motors with external inverters, so the impact of the motor design is more or less based on the mechanical designs required by the OEM. Form factor is varying by the level of power and system topology of BEV or HEV. For automotive BEV and HEV systems the voltages up to 800V (actual) are in discussion. High voltage IGBT modules or MosFet modules are already available in state of the art silicon technology. Due to higher currents and voltages conductive and switching losses are becoming more and more challenging to overcome. IGBT and MosFets ON losses are decreasing and switching speeds are increased, but, current silicon based technology is approaching its limits. In the future the semiconductor industry will be able to offer ‘better’ products in terms of allowing higher junction temperature, faster switching, lower ON losses and minimized reverse recovery times. Here new base materials are under considerations: GaN and SiC. Both will lead into a new device category with completely new design approach of power electronics. Parallel to this, trend to thin the silicon devises is also interesting, but with limited optimization targets. At present, these technologies are optimized and tested to be used in automotive and industrial environments. In years to come these new technologies will allow considerable optimization of power electronics.

Author’s biography

Frank-Steffen Russ has studied the electronic during 1986 to 1990 at the FH Heilbronn, receiving the engineering degree in 1990. After that he was working within various sales positions at Temic Semiconductors. Since 1997 he is at EBV Elektronik GmbH &CO KG (EBV). Currently he is working as Director Vertical Segment Automotive Europe.


Plenarno predavanje

49

Trendi pri predelavi in sestavi elektromotorskih jeder iz tankih pločevin Primož Bajec, Kristjan Hladnik, David Vegelj, Vitoslav Bratuš Hidria Rotomatika, d.o.o., Spodnja Kanomlja 23, SI-5281 Spodnja Idrija, e-pošta: primoz.bajec@hidria.com

Uvod

V prispevku so predstavljene interne razvojnoraziskovalne aktivnosti na področju tehnologij predelave elektropločevine in trendov v tehnologijah sestave elektromotorskih jedr. Aktivnosti se izvajajo z namenom nadgradnje internih baz znanja in podatkov, ki so ključnega pomena za nudenje temeljite strokovne podpore naročnikom različnih izdelkov. Proizvodi podjetja Hidria Rotomatika iz elektropločevine se trenutno vgrajujejo v najrazličnejše aplikacije na področju avtomobilske industrije, na področju ventilacije, ogrevanja in hlajenja, bele tehnike, sesalnih enot, črpalk, električnega orodja, itd. Podjetje sodi med štiri največje tovrstne proizvajalce v Evropi. V skladu s svetovnimi trendi hibridizacije in elektrifikacije pogonskih sistemov sodobnih, okoljsko sprejemljivih vozil v zadnjih letih delež prodaje izdelkov iz elektropločevine za različne avtomobilske aplikacije skokovito narašča. Neglede na mesto in režim delovanja so za ciljne obratovalne lastnosti električnih strojev zaželeni čimvišji izkoristek, specifična moč, specifični navor, električni stroji pa morajo omogočati delovanje v širokem razponu vrtilnih hitrosti. Ključni gradnik električnih strojev je tudi elektropločevina, ki s svojimi elektromagnetnimi lastnostmi v prvi vrsti določa elektromagnetno dogajanje v el. stroju ter skupni izkoristek stroja. Slednji neposredno pogojuje doseg električno gnanih vozil, kar je ob nizkih masnih in volumskih gostotah shranjene el. energije v trenutnih akumulatorjih izkoristek te energije zelo pomembno. Tako za uveljavljene proizvajalce elektropločevine kot tudi za predelovalno industrijo obratovalne

zahteve za električne stroje v funkciji glavnih avtomobilskih pogonskih strojev občutno presegajo uveljavljene tehnične karakteristike osnovnih materialov in uporabljenih predelovalnih tehnologij. Tehnične zahteve za lastnosti lameliranih jedr dviguje predvsem dejstvo, da gre za elektromotorske pogone s širokim razponom vrtilnih hitrosti oz. posledično visoke frekvence spreminjanja elektromagnetnega polja v jedrih ter da so pogoni gnani z uporabo visokofrekvenčne pulzno-širinske modulacije statorskih tokov in napetosti, kar v elektromagnetno dogajanje v el. stroju vnaša dodatne višjeharmonske komponente in posledično dodatne izgube. Med ukrepe za izboljšanje izkoristka delovanja električnih strojev (v rangu nekaj %) lahko prištejemo uvajanje rabe visokopermeabilne pločevine (višja magnetna polarizacija), manjšanje osnovne debeline elektropločevine itd, vse z namenom znižanja neželenih histereznih in vrtinčnih izgub v električnih strojih ob višjih hitrostih vrtenja. V fazi predelave pločevine in izdelave lameliranih jedr se osnovna elektropločevina dodatno izpostavi različnim mehanskim in termičnim obremenitvam. Ključna procesni koraki so progresivno štancanje in paketiranje lameliranih jeder ter potencialna naknadna obdelava jedr (struženje, brušenje) za doseganje ciljnih dimenzijskih toleranc jedr (toleranca premera, koncentričnost, cilindričnost, opletanje,…). V sklopu internega RR projekta poteka temeljita analiza vplivov predelovalnih tehnologij na elektromagnetne lastnosti jedr, trenuten fokus pa je na različnih tehnologijah spajanja lameliranih jedr.

Tabela 1: Osnovne značilnosti tipov električnih strojev

Debelina pločevine

Maks. el. frekvenca

Gostota moči

Industrijski el. stroji

0,50 – 0,65 mm

80 Hz

~ 0,35 kW/kg

Automotive el. stroji

0,35 mm

250 Hz

~ 1,5 kW/kg

»High-performance« automotive el. stroji

0,20 mm

450 Hz

~ 2,35 kW/kg

http://SPOT-2012.teces.si


Trendi pri predelavi in sestavi elektromotorskih jeder iz tankih pločevin

50

Projekt WESPA

Osnovne značilnosti projekta WESPA (Welding Electrical Steel&Stamping Process&Performance Analysis) so: • Definicija internega referenčnega vzorca v obliki toroidnega jedra • Velik nabor osnovnih materialov in proizvajalcev elektropločevine • Ovrednotenje različnih načinov izdelave lameliranih jedr (stiskanja in spajanja jedr) • Meritev in analiza ključnih elektromagnetnih veličin • Vzpostavitev internega Informacijskega sistema za spremljanje vhodnih materialov (MDBS - Material DataBase System) • Neprestana širitev baze vhodnih materialov in tehnologij spajanja Referenčni vzorec jedra je bil definiran na osnovi predhodnih izkušenj in opreme merilnega laboratorija, izdelano pa je bilo tudi prototipno štancno orodje, ki nam omogoča proizvodnjo lamel s tehnologijo, ki je najbolj primerljiva serijskemu proizvodnemu procesu. S tem je dosežena izključitev vpliva prototipnih tehnologij izdelovanja lamel na merilne rezultate. V nabor vhodnih materialov (elektropločevine) so bili vključeni praktično vsi največji proizvajalci pločevine (Thyssen Krupp, Voest Alpine, Acroni, Posco, Walzholz, Arcelor, Surahammars,…), najpogosteje uporabljeni tipi elektropločevine (NO12, NO15, NO20, NO30 M270 35A, M230 35A, M250 50A, M400 50A, M600 50A, M800 65A , M800 65K,…) ter tudi različni tipi izolacijskih lakov na pločevini vključno z njihovo efektivno debelino nanosa (C3, C3/C5, C5, C6,…). Med tehnologije spajanja, ki so analizirane tekom projekta (Slika 1) so t.i. »interlocking« (oblika, pozicija in orientacija sponk), TIG varjenje, lasersko varjenje, itd. pri čemer kot referenčno vrednost za ovrednotenje vpliva tehnologije spajanja vselej vzamemo merilne rezultate na jedru iz t.i prostih lamel. V proizvodni proces izdelave lameliranih jeder za najzahtevnejše automotive aplikacije (NO20 pločevina) smo v zadnjem letu uvedli tudi t.i. »self-bonding« tehnologijo, zato v nabor analiziranih tehnologij izdelave lameliranih jedr v projektu uvajamo tudi slednjo. Poleg načinov spajanja analiziramo tudi vpliv sile stiskanja lameliranega jedra v fazi izvedbe jedra. To velja še posebej za tehnologiji varjenja (lasersko, TIG) zaradi uvedbe lastnih inovativnih procesov hitrohodnega štancanja z uporabo t.i. podpornega sistema pa postaja sila stiskanja jedra aktualna tudi za jedra, izdelana z »interlocking« tehnologijo. Analizo vplivov sile stiskanja smo nadgradili z analizo vpliva pri različnih temperaturah merjenega vzorca.

V naboru elektromagnetnih veličin, ki jih analiziramo in primerjamo v projektu, so: B-H karakteristike, permeabilnost, histerezne, vrtinčne in skupne izgube jedra, itd. Trenutno izvajamo meritve pri frekvencah spreminjanja magnetnega pretoka 50 Hz in 700 Hz, kar pa prilagajamo glede na ciljne obratovalne frekvence posamezne aplikacije poslovnega partnerja. Primer rezultatov primerjave elektromagnetnih lastnosti lameliranih jedr kaže slika 2.

Trendi spajanja lameliranih jedr in implementacija izsledkov projekta WESPA

Trendi spajanja lameliranih jedr iz tankih pločevin (< 0,5 mm) poleg »interlocking« tehnologije razširjajo rabo laserskega varjenja ter t.i. »self bonding« tehnologijo. Slednji se bistveno razlikujeta predvsem v kompleksnosti postopka in posledično tudi ceni, zato se za cenovno občutljivejše avtomobilske aplikacije ostaja pri »interlocking« spajanju rotorskih jedr (še posebej slednje velja za stroje s trajnimi magneti na rotorju) ter laserskem varjenju statorskih jedr. Z zmanjševanjem debeline pločevine postaja spajanje z »interlocking« sistemom vedno manj primerno, zaradi vnosa anomalij v elektromagnetno polje v jedrih [2]. Prednost laserskega varjenja pred ostalimi tipi varjenja pa je v manjši količini vpadle oz. vnesene energije v lamelirano jedro, ki je odločilna za izvedbo zvara. El. stroji za avtomobilske aplikacije imajo namreč, zaradi težnje po visokih specifičnih gostotah moči in navora, vse tanjše jarme statorskih paketov, zato mora imeti površina zvara na zunanjem premeru jedra čimmanjši presek.

Slika 1: Primeri različnih tehnologij spajanja (v smeri urinega kazalca: jedro iz prostih lamel, »interlocking« spajanje, lasersko varjenje, TIG varjenje)


Trendi pri predelavi in sestavi elektromotorskih jeder iz tankih pločevin

51

Slika 2: Permeabilnost jedr pri uporabi različnih materialov, postopkov spajanja in sil stiskanja

Ob upoštevanju trendov uporabe različnih predelovalnih tehnologij ter ob razpolaganju z obširno bazo znanja in merilnih rezultatov (projekt WESPA) lahko skupaj z naročnikom izberemo najprimernejši tip pločevine, najustreznejšo tehnologijo spajanja jedr, v sklepnem delu analize

pa ovrednotimo še negativne vplive na pričakovane obratovalne karakteristike el. stroja zaradi vseh postopkov predelave. Pri konstrukciji in numeričnih izračunih električnih strojev so namreč običajno privzeti le kataloški podatki za posamezen tip pločevine.

Literatura [1] Wassink K.R.J. (1984). Soldering in Eletronics. Electrochemical Publications LTD. South Ayrshire [2] Harman G. (2010). Wire Bondings in Microelectronics. The McGraw-Hill Companies, Inc. New York [3] Podržaj J., Trontelj J. (2007). Design consideration for power modules of electro-motor drives. Informacije MIDEM Vol.37, št. 3 (2007), Ljubljana

Biografije avtorjev

Primož Bajec je diplomiral leta 1999, magistriral leta 2002, nato pa leta 2005 zaključil doktorski študij na Fakulteti za elektrotehniko, Univerze v Ljubljani. Od leta 2005 je zaposlen v podjetju Hidria, kjer je bil v okviru različnih raziskovalnih skupin raziskovalno aktiven na področju razvoja elektromotorskih pogonov za različne avtomobilske aplikacije, v zadnjem času pa se posveča industrializaciji lameliranih jedr za električne stroje v zahtevnejših avtomobilskih aplikacijah. Kristjan Hladnik je zaposlen v podjetju Hidria od leta 2007, kjer je kot vodja merilnega laboratorija aktiven na področju elektromagnetnih meritev elektropločevine. Njegove trenutne zadolžitve obsegajo predvsem razvoj informacijskega sistema za spremljanje materialov, statistično obdelavo laboratorijskih meritev ter študije medsebojnih vplivov različnih parametrov na končne karakteristike elektropločevine. Aktivno je tudi vključen v projekt WESPA.

David Vegelj je leta 2009 diplomiral na Fakulteti za strojništvo, Univerze v Ljubljani. Trenutno se v okviru izobraževalnega programa Mladi raziskovalci iz gospodarstva izobražuje na podiplomskem študiju na matični fakulteti, njegovo ožje raziskovalno področje pa obsega problematiko laserskega spajanja lamelirane pločevine. Vitoslav Bratuš je diplomiral leta 1996, magistriral leta 2002, ob intenzivnem udejstvovanju na področju vodenja razvoja programa Lamtec znotraj Hidrie Rotomatike ter kasneje Hidria Inštituta za materiale in tehnologije pa leta 2009 dokončal doktorski študij na Fakulteti za strojništvo, Univerze v Ljubljani. Od leta 1996 deluje v korporaciji Hidria. Poleg delovanja na omenjenih razvojnih področjih, kjer izstopa razvoj numeričnih simulacij za postopek progresivnega štancanja elektropločevine, se od začetka leta 2012 ukvarja tudi z industrializacijo komponent žarilne čepne svečke s senzorjem tlaka za dieselske motorje z notranjim zgorevanjem, ki bodo izpolnjevali Euro 6 okoljevarstveno normo. http://SPOT-2012.teces.si


52

Neorientirane elektropločevine - Trenutno stanje in trendi za prihodnost Gašper Novak1, Anton Jaklič2 RCJ d.o.o., Cesta Franceta Prešerna 61, 4274 Jesenice, Slovenija gasper.novak@acroni.si

1

Acroni d.o.o., Cesta Borisa Kidriča 44, 4270 Jesenice, Slovenija anton .jaklic@acroni.si

2

Uvod

Elektropločevine so ključne za gospodarno proizvodnjo, pretvorbo, distribucijo in uporabo električne energije. Svetovna letna proizvodnja elektropločevin v letu 2010 je bila 9,979.000 ton, v EU 1,368.000 ton, v Sloveniji pa malo pod 100.000 tonami. V zadnjih 10 letih se je svetovna proizvodnja elektropločevin povečala za več kot tretjino in predstavlja 1 % celotne proizvodnje jekla. Elektropločevine spadajo med najpomembnejše materiale, ki jih uporabljamo za prenos električnega toka v množici energetsko učinkovitih električnih naprav z izmeničnim tokom. Poznane so tudi pod trgovskim imenom kot dinamo pločevine, in se uporabljajo za izdelavo jeder v generatorjih, motorjih in manjših transformatorjih, v zadnjem času in pa v prihodnosti pa se jih bo vse več uporabljalo za izdelavo hibridnih in električnih avtomobilov. Tehnologija in proces izdelave ter kemična sestava neorientirane elektropločevine se skozi čas nista bistveno spremenila. Z minimalno korekcijo osnovne kemične sestave predvsem pa s spremenjenimi pogoji razogljičenja dosegamo bistveno nižje vatne izgube in precej večjo proizvodnjo, kot pred desetletjem. Kemična sestava po standardu ni opredeljena in variira glede na proizvajalčevo tehnološko opremljenost in znanje oz. izkušnje. Ustrezna določitev kemične sestave je odvisna pretežno od zahtevanih magnetnih lastnosti, kot tudi od predvidenega postopka predelave. Dodatki Si, P, Al in Mn povečujejo električno upornost jekla in tako vplivajo na zmanjšanje izgub zaradi vrtinčnih tokov, ki eksponentno naraščajo z večanjem frekvence obratovanja motorja.

Klasifikacija elektropločevin

Mednarodni standardi opredeljujejo največje dovoljene vatne izgube in najmanjšo zahtevano polarizacijo ter permeabilnost. Ker so največje

dovoljene izgube jeder najpomembnejša lastnost elektropločevin za vgradnjo v močnostne visokofrekvenčne enote in nekatere elektronske naprave, poteka klasifikacija neorientiranih elektropločevin po kvaliteti glede na slednje, in sicer po standardu SIST EN 10106:2007; Hladno valjana neorientirana elektropločevina in trakovi. Po standardu so za najboljšo neorientirano elektropločevino debeline 0,35 mm vatne izgube predpisane z do vključno 2,35 W/kg, kar je tudi cilj nadaljnjega razvoja neorientirane elektropločevine v Acroniju. Acroni ima v svojem asortimanu tako legirane kot malolegirane oziroma nelegirane elektropločevine. Vse neorientirane elektropločevine se proizvajajo in prodajajo v hladno valjani (Magnetic lamination) polgotovi in končno žarjeni obliki. Tako hladno valjane kot polgotove elektropločevine zahtevajo visoke temperature končnega žarjenja po razogljičenju, tako da se razvije primerna velikost kristalnega zrna ter odpravijo notranje napetosti v izsekanih lamelah. Končno žarjene elektropločevine se lahko uporabijo kot izsekane lamele ali pa se jih še žari za odpravo notranjih napetosti pri porabniku. Končna predelava jekla pri proizvodnji hladno valjanih pločevin je hladno valjanje. Za končno žarjene elektropločevine z najmanjšimi vatnimi izgubami, tj. vatne izgube 2,7 W/kg ali manj pri debelini 0,35 mm in 3,3 W/ kg ali manj pri debelini 0,50 mm, pa je potrebno še vmesno visokotemperaturno žarjenje traku pri 800 °C, pri čemer se še dodatno izboljša predvsem orientacija in velikost zrn deformirane mikrostrukture po vročem valjanju. Zaključna faza pa je kontinuirno razogljičenje in žarjenje pri visokih temperaturah, medtem ko proizvodnja polgotovih pločevin vključuje še dodatno hladno deformacijo oziroma dresiranje (vnos kritične deformacije) in rekristalizacijsko žarjenje pločevine.


Neorientirane elektropločevine - Trenutno stanje in trendi za prihodnost

Magnetne lastnosti neorientiranih elektropločevin

Potrebne elektromagnetne lastnosti neorientirane pločevine so visoka permeabilnost in indukcija, ki omogočata vgradnjo manjših in lažjih delov, ter nizke vatne izgube, ki zmanjšujejo izgube pri prenosu električne energije in na podlagi katerih je opravljena klasifikacija elektropločevin. Zato je potrebno poznati različne metalurške faktorje, ki vplivajo na vatne izgube. To so kemijska sestava, čistost jekla, velikost zrn, teksture, stanje površine in področja tik pod njo, kot sta oksidna plast in notranja oksidacija ter seveda debelina pločevine. Uporabna je delitev skupnih izgub v jedru v dve komponent, ker na vsako komponento vplivajo različni metalurški faktorji:

Pt = Ph + Pd Ph= Pd =

histerezne izgube izgube zaradi vrtinčnih tokov

Ph prestavlja histerezne izgube, ko gre frekvenca magnetnega polja proti nič; Pd predstavlja izgube zaradi vrtinčnih tokov, ki jih ustvarja spreminjanje magnetnega polja s frekvenco f. Na histerezne izgube vplivajo električna upornost, vsebnost vključkov, velikost zrna in tekstura. Na izgube zaradi vrtinčnih tokov pa vpliva debelina pločevine (lamel), frekvenca magnetnega polja (f), električna upornost in velikost zrn. Tukaj je vštet tudi faktor anomalije, ki ima vrednost večjo od ena (tipično 1,3 pri debelini 0,5 mm debeli pločevini), kar nakazuje da ima zgradba domen vpliv na izgube magnetenja. Posledica tega je, da sta velikost zrn in kristalna struktura, ki vplivata na strukturo domen metalurški spremenljivki, ki vplivata na vatne izgube. Za dodatno zmanjšanje izgub zaradi vrtinčastih tokov v železnih jedrih iz lamel, to je v statorskih, rotorskih ali transformatorskih paketih, so posamezne lamele med seboj električno izolirane. Pločevine se običajno izolira med postopkom izdelave eno ali dvostransko.

Trend razvoja elektropločevin v Acroniju

Razvoj gre v smeri zagotavljanja stabilne in ponovljive proizvodnje gotovih elektropločevin z izgubami pod 2,5 W/kg ter razvoja elektropločevin s po standardu najnižjimi vatnimi izgubami, tj. 2,35 W/kg pri debelini 0,35 mm. Razvojno delo poteka v sodelovanju z Inštitutom za kovinske materiale in

tehnologije, preko katerega imamo na voljo dodatna potrebna orodja za analizo vplivnih parametrov: določitev optimalne velikosti zrn, kvalitativno in kvantitavino analizo nekovinskih vključkov, oksidne plasti, notranje oksidacije in analizo tekstur neorientirane elektropločevine po posameznih fazah proizvodnega procesa (SEM + EBSD). Poleg nižanja vatnih izgub so pomembne tudi mehanske lastnosti elektropločevin, ki se odražajo še zlasti pri izsekavanju in izrezovanju. Če ima jeklo majhno elastičnost in nizko razmerje med natezno trdnostjo in napetostjo tečenja, je nagnjeno k bolj deformirani mikrostrukturi in nastajanju igle po izsekavanju ter vnosom večjih napetosti v samo strukturo, kar povzroča težave pri interlockingu. V letu 2011 smo razvili bolj legirano elektropločevino z dodatkom Mn in internim imenom EV25Mn, ki ima večje razmerje med natezno trdnostjo in napetostjo tečenja in s katero zagotavljamo poleg nizkih vatnih izgub tudi odlično obdelovalnost, tj. izsekovanje in izvedbo interlockinga za jedra motorjev. Razvoj na področju elektropločevin bo sledil uporabi tankih neorientiranih elektropločevin debeline 0,2 mm in manjše z uporabo pri srednjih frekvencah – 400, 1000 in 2500 Hz. To jeklo z oznako NO20 smo razvili v letu 2011. Pri naših kupcih povečuje uporabnost proizvodov predvsem zaradi precej manjše teže, uporabe pri višjih rekvencah, prispeva k manjši porabi ostalih delov in materialov elektromotorjev ter prispeva k manjši porabi energije in surovin ter zmanjšanju obremenjevanja okolja v celotno dobi obratovanja.

53

Zaključek

V zadnjih 10 letih se je svetovna proizvodnja elektropločevin povečala za več kot tretjino. Zahteve trga so po boljših lastnostih elektropločevin za nižjo ceno. S tem izzivom se je mogoče spoprijeti le z usmerjenim razvojno raziskovalnim delom. Za izdelavo elektropločevine z boljšimi elektromagnetnimi lastnostmi za nižjo ceno je vsekakor potrebno doseči sinergijo znanja, izkušenj, raziskav in novih idej. Metalurgija silicijevih jekel, namenjenih za neorientirano elektropločevino, je izredno kompleksna. Veliko je faktorjev, ki vplivajo na končne elektromagnetne lastnosti. Izdelava elektropločevine, kvalitete z vatnimi izgubami pod 2,35 W/kg pri debelini 0,35 mm, bo lahko dosežena z majhno modifikacijo kemične sestave, optimalnimi pogoji tehnologije razogljičenja, optimalno velikostjo kristalnega zrna, kontrolo oligo http://SPOT-2012.teces.si


Neorientirane elektropločevine - Trenutno stanje in trendi za prihodnost

54

elementov in čistočo vložka, optimizacijo vročega in hladnega valjanja ter s tem izoblikovanjem mehko magnetne teksture. Trg elektropločevin je relativno velik, prav tako njihov razpon uporabe, od najpreprostejših

aparatov za domačo rabo do kompleksnih inženirsko dovršenih strojev. V prihodnosti bo razvoj in proizvodnja hibridnih električnih vozil vsekakor glavno gonilo razvoja in potreb po vse večjih količinah neorientiranih elektropločevin.

Literatura [1] Steel Statistical Yearbook 2011, World Steel Association, Worldsteel Committee on Economic Studies, Brussels, 2011, str. 53 [2] P. Beckley, Electrical Steels, European electrical steels 2000, p. 219 [3] AK Steel Nonoriented Electrical STeels, (Design Manual), Armco Lnc., 2000 [4] D. Steiner Petrovič, Non-oriented electrical steels, SciTopics, 2010 [5] M. Pirnat, Trend in cilji razvoja neorientirane elektropločevine v Acroniju, SIJ št. 4, 2009, str. 16 [6] F. Marinšek, CRNO fully processed state, junij 1996 [7] D. Steiner Petrovič, Non-oriented electrical steel sheets, Materials and technology 44, 2010, str. 317-325 [8] United States Patent, Non-oriented electrical steel sheet and method for producing the same, Patent No. US 6,340,399 B1, 2002

Biografije avtorjev

Gašper Novak je leta 2010 končal univerzitetni študij Metalurgije in materialov na Naravoslovnotehniški fakulteti v Ljubljani. Po študiju se je zaposlil v podjetju Acroni na oddelku za Raziskave in razvoj, kjer se je ukvarjal s problematiko nerjavnih jekel. V leta 2011 je vpisal podiplomski doktorski študij Znanost in inženirstvo materialov. Po zaposlitvi v Razvojnem centru Jesenice, konec leta 2011, poteka njegovo delo predvsem na razvoju neorientirane elektropločevine, ki so tudi predmet njegovega doktorskega študija.


Tehnologija štancanja in zalivanja lameliranih jeder

55

Gregor Jelenc Nela razvojni center d.o.o., Na plavžu 79, SI-4228 Železniki, e-pošta: gregor.jelenc@domel.si

Uvod

Podjetje Domel je razvojno naravnan proizvajalec elektromotorjev. Ena od ključnih kompetenc so tehnologije izdelave komponent elektromotorjev, ki jih podjetje prav tako intenzivno razvija in zadnjih deset let tudi uspešno trži. Tehnologija štancanja oziroma predelave elektropločevine ter njena nadgradnja tehnologija zalivanja izolacije lameliranih jeder podprti z sodobno opremljeno orodjarno, sta ključna dejavnika tega razvoja, ki omogočata izdelavo komponent elektromotornih pogonov. Na trgu predstavlja kombinacija štancanih in izoliranih lameliranih jeder konkurenčno prednost.

Štancanje lameliranih jeder

Štancanje je v splošnem izdelovalni postopek, pri katerem se z optimalno izrabo vhodnega materiala v kratkih časovnih intervalih izdelujejo tolerančno zahtevni izdelki. Hitrosti štancanja se merijo s številom udarcev stiskalnice v minuti in ti se tipično gibljejo med 300-500. Elektropločevina Elektropločevina je vhodni material za izdelavo lameliranih jeder. Vsebuje silicij, ki povečuje upornost in permeabilnost pločevine, zmanjšuje izgube pri magnetenju in odpravlja staranje. V Domelu predelujemo zgolj hladno valjano neorientirano končno žarjeno elektropločevino (vsebnost silicija med 0.50-3.25%), ker se zgodovinsko gledano leta uporablja v motorjih kot so sesalne enote in EC motorji. Pločevina nastopa v več kvalitetah (po standardu DIN EN 10106), ki se med seboj razlikujejo po izgubah (merijo se s pomočjo Epsteinovega testa) in debelinah (tipične debeline so 0.35, 0.50 in 0.65mm, v zadnjih letih tudi 0.20mm). Standardizirane so žal le izgube pri magnetenju, ne pa tudi mehanske lastnosti pločevine, ki pa so kar se tehnologije štancanja tiče bolj pomembne od električnih lastnosti. Mikrostrukturo materiala proizvajalec doseže s žarjenjem v več fazah. Pločevina je običajno obojestransko lakirana.

Lak debeline nekaj mikrometrov ugodno vpliva na sposobnost štancanja, zmanjšuje obrabo nožev rezilnega orodja in dodatno izolira posamične lamele ki tvorijo neko lamelirano jedro (običajno rotorski in statorski paket). Sposobnost pločevine za štancanje se ocenjuje na podlagi naslednjih parametrov: velikost igle, konstantnost dimenzij lameliranih jeder, ravnost izdelkov, neokroglost okroglih lukenj (zaostale napetosti v pločevini), kompaktnost in geometrija izdelkov ter hitrost obrabe štančnega orodja. Strojna oprema Hitrotekoča stiskalnica v protihrupni kabini (bistvene lastnosti dobrega stroja so dobro dušenje vibracij, sposobnost ohranjanja konstantne globine penetracije nožev orodja pri različnih hitrostih štancanja, temperirano ohišje stroja, ki preprečuje raztezke oziroma skrčke stroja in s tem posledično netočnost delovanja, paralelnost mize stroja in paha, pravokotnost gibanja paha glede na mizo, zračnost v vodilih stroja). Avtomatski podajalnik pločevine, avtomatski odvijalec in ravnalec pločevine (pločevina je v kolutih). Rezilno orodje (aktivni elementi iz karbidne trdine, dvojno vodenje, inteligentna orodja z vklapljanjem in izklapljanjem posamičnih skupin nožev, indeksacija s servomotorji, premični sklopi znotraj orodja, gluelock tehnologija paketiranja lamel, sistemi za varovanje orodij pred nasedanjem in zabitjem s kontrolo sile, detekcija odpadkov na površini rezilne plošče, akustična emisija) Naprave za odvajanje izdelkov izpod orodja (bodisi transportni trakovi za pakete ali nabiralne naprave za lamele), transporter za odpadke. Krmilnik ter merilec debeline pločevine v primeru štancanja-paketiranja. Dodatna oprema ki se pojavlja: • naprava za avtomatsko stiskanje lameliranih jeder po štancanju in 100% kontrola višine http://SPOT-2012.teces.si


Tehnologija štancanja in zalivanja lameliranih jeder

56

• naprava za avtomatsko/robotsko pakiranje bodisi jeder kakor tudi lamel • naprava za pridrževanje paketov med štancanjem (doseganje večje ravnosti paketov in boljšega spajanja zlasti pri večjih izdelkih in tanjših pločevinah) • naprava za avtomatsko natiskavanje gredi • naprava za roliranje lukenj npr. rotorskih paketov (ozke tolerance) • naprava za antikorozijsko zaščito (grundiranje, plavičenje)

Materiali Tipično uporabljamo PA66, PBT in PET s 15% ali 30% steklenih vlaken. PBT ni primeren za večje ter višje paketa, saj v primerjavi s PA-jem slabše kompenzira raztezke (pokanje izolacije). Nekateri proizvajalci strojev in granulatov za take aplikacije priporočajo high-speed materiale, vendar po naših izkušnjah to ni vedno potrebno.Pri izbiri materiala je važno predvsem to, da material pri brizganju dobro teče, prenaša razlike v raztezkih kovina-plastika, zadostiti mora zahtevam po električni upornosti in negorljivosti.

Načini dela V Domelu štancamo tako posamične lamele kakor tudi pakete oziroma lamelirana jedra. Štancamo suho, kar pomeni da pločevine ne mažemo, mažemo pa orodja. 90% vseh izdelkov ki so v zadnjih 10 letih vstopili v serijsko proizvodnjo je paketov, ki jih naredimo že v štančnem orodju (interlocking). Tolerance oblike paketov tipičnega razreda velikosti D80x50mm so centričnost (0.03-0.05), vzporednost in pravokotnost (0.05-0.20), minimalne raztržne sile (30-200N), maksimalna dopustna igla (do 0.05), tolerance višine paketov (odvisno sicer od debeline pločevine ampak tipično ±0.4). Navedene karakteristike so pri štancanju posamičnih lamel seveda boljše. Pri zlaganju oziroma paketiranju leteh znotraj štančnega orodja pride do določenih netočnosti pozicioniranja. Zagotavljanje kakovosti paketov je še zlasti pomembno, če v naslednji fazi sledi nabrizgavanje izolacije. Kakovost paketov zagotavljamo s ustreznimi merili na delovnem mestu in kvalitetnim vzdrževanjem orodij in strojev. V zadnjih 10-l5 letih je bilo v svetu že več poskusov razvoja software-a, ki bi omogočal izvajanje numeričnih simulacij štancanja, kar pa predstavlja velik izziv, saj mora biti sposoben simulirati končne dimenzije izdelka, porušitev materiala, nastanek razpok oziroma velikih deformacij, spring-back pločevine, spremembo mikrostrukture ter večstopenjske nelinearne procese.

Značilnosti orodij in procesa V prvi fazi koncipiranja izdelka, orodja in procesa se poslužujemo numeričnih simulacij (Sigmasoft), kjer dobimo informacije o brizgalnem tlaku, tlaku v orodju, zapolnjevanju, temperaturah in položaju in število dolivnih mest. V orodja za nabrizgavanja izolacije ročno ali avtomatsko vstavljamo kovinske lamelirane pakete. Potrebno je zagotoviti pravilno in enakomerno zračno režo med vstavljenim paketom in površino orodja, da ne pride do prelivanja. Brizgalni tlaki v orodju dosegajo vrednosti do 1000 barov. Ker prihaja do velikih razlik v tlakih med zgornjo ter spodnjo stranjo paketa, je zelo pomembna tudi pravilna ter dovolj velika površina, na katero nalega paket v orodju. Za doseganje optimalnih pogojev tečenja mase, je priporočljivo pakete predhodno ogreti, česar pa se pri nas zaenkrat ne poslužujemo. Zavedamo se, da to pomeni večje hitrosti brizganja oz. višje brizgalne tlake. Med glavnimi posebnostmi procesa velja omeniti nekonstantnost višine lameliranih paketov. Pri štancanju paketov dosegamo višine v tolerančnem območju 1,5-kratnika debeline pločevine (uporabljamo pločevine debelin 0.20, 0.35mm in 0.50mm). Ker ima to velik vpliv na delovanje orodja za brizganje, uporabljamo dva različna načina kompenzacije višine paketa v orodju. Z geometrijo čelne izolacije (na izmetalni strani paketa so izpraznitve na plastiki, kamor paket naseda v orodju, na brizgalni strani pa take površine ni, ker plastika sega do roba paketa. S kompenzacijo gibljivih delov v orodju. Pri tem načinu s pomočjo hidravlike med brizganjem tiščimo paket proti brizgalni strani. Poleg različnih višin paketov moramo upoštevati tudi pogoje, pod katerimi merimo višino paketa. Lamelirani paketi (interlocking) se obnašajo kot vzmet. Zaradi brizgalnega tlaka se paketu med brizganjem višina lahko zmanjša tudi do 1%. Ker to

Zalivanje lameliranih jeder

Nadgradnja tehnologije štancanja je hkratno nabrizgavanje čelne in utorne izolacije, ki v veliko primerih nadomešča klasičen način izoliranje motorskih komponent. Osnovna funkcija izolacije je seveda ločiti kovinsko jedro od navitja motorja. V primeru zabrizgavanja paketov sestavljenih iz posamičnih lamel pa je funkcija izolacije tudi mehanska armatura. Pakete posamičnih lamel zabrizgavamo v primerih ko so vzdolžni utori med poli paketov nagnjeni.


Tehnologija štancanja in zalivanja lameliranih jeder

pri višjih paketih pomeni že od 0.5-1.0mm, višino paketov kontroliramo v stisnjenem stanju, saj s tem simuliramo pogoje v brizgalnem orodju. Paketi ki jih vstavljamo v orodje morajo biti razmaščeni oziroma suho štancani, da ne pride do nastanka plinov v orodju ali oljnih madežev na izdelkih. Ključno je dobro odzračevanje (tudi vakumiranje) orodij in krmiljenje procesa brizganja s pomočjo notranjega tlaka v orodju zaradi spremenljivega volumna brizga.

mizami, kjer zmanjšamo čas cikla, ki je zaradi vstavljanja paketa daljši. Stroj za brizganje plastike z osjo zapiranja ter brizganja v horizontalni smeri imajo pa to prednost da dolivni sistem samodejno izpada iz orodja. Med splošnimi značilnostmi strojev je treba omeniti precizno kontrolo blazine, možnost temperiranja orodij tako z vodo kot z oljem ter sposobnost krmiljenja stranskih jeder in merjenje notranjega tlaka v orodju.

Vrste in značilnosti strojev za brizganje izolacije Stroj za brizganje plastike z osjo zapiranja ter brizganja v vertikalni smeri so primerni predvsem zaradi lažjega vstavljanja ter odvzemanja paketov. Dodatna prednost je pri delovanju s krožnimi

Kontrola kakovosti izolacije Kakovost in material izolacije preverjamo na dva načina in sicer s temperaturnimi šok testi (v fazi validacije izdelka) in testi prebojne trdnosti (100% v proizvodnji).

57

Literatura [1] T. Altan, W. Thomas, V. Vazquez, M. Koç: Simulation of metal forming processes – applications and future trends, Advanced Technology of plasticity 1999, Volume 1, Springer Verlag [2] Brian Miller, The practical use of simulation in the sheet metal forming industry, Wilde&Partners Ltd. [3] A.M. Goijaerts, Y.W. Stegeman, L.E. Govaert, D. Brokken, W.A.M. Brekelmans, F.P.T. Baaijens, Can experimental and numerical study improve metal blanking?, Eindhoven University of Technology, Faculty of mechanical Engineering, Eindhoven [4] Taupin, E., Breitling, J., W-T., and Altan, T., Material fracture and burr formation in blanking; Results of FEM simulations and comparison with experiments, Journal of materials processing technology, 1996, vol. 59, nos. 1-2, pp. 68 [5] Breitling, J., The Challenges and benefits of High-Speed-Blanking, DGM Informationsgesellschaft Verlag, Institut für Umformtechnik – Universität Stuttgart 1998[8] United States Patent, Non-oriented electrical steel sheet and method for producing the same, Patent No. US 6,340,399 B1, 2002

Biografije avtorjev

Gregor Jelenc je leta 2000 končal univerzitetni študij strojništva na Univerzi v Ljubljani. Od začetka kariere je zaposlen v podjetju Domel d.o.o., kjer je najprej delal v konstrukciji orodij, od leta 2006 pa vodi tehnologijo komponent, ki zajema tehnologije štancanje elektropločevine, nabrizgavanja izolacije in brizganja duroplastov.

http://SPOT-2012.teces.si


58

Trajno magnetni materiali v sodobnih motorjih Boris Saje1, Dieter Fernow2 Kolektor Group d.o.o., Vojkova 10, SI-5280 Idrija e-pošta: Boris.Saje@kolektor.com

1

Kolektor Magnet Technology GmbH, Harkortstrasse 90, D-45145 Essen e-pošta: Dieter.Fernow@kolektor-kmt.de

2

Uvod

V prispevku je prikazan pregled trajno magnetnih materialov, ki se uporabljajo v sodobnih motorjih. Analizirana je razpoložljivost navedenih materialov, razširjenost, prednosti in slabosti ter karakteristike, ki so pomembne za trajne magnete.

Karakteristike

Lastnosti, ki jih zahtevajo proizvajalci motorjev in so pomembne za magnetne materiale v motorjih so; remanenca (zagotavlja gostoto magnetnega pretoka v reži), koercitivnost (odpornost na razmagnetenje), temperaturna obstojnost (odpornost na razmagnetenje), korozijska stabilnost (odpornost proti vplivom okolja), mehanske lastnosti (uporaba pri visokih obratih), električna prevodnost (izgube), oblikovalnost (proizvodni stroški), nizka polja magnetenja (proizvodni stroški) in stroški (material, izdelava). Proizvajalci magnetnih materialov ponujajo praviloma; dimenzije in tolerance, magnetno polje (orientacija, vzorec, št. polov), gostoto magnetnega polja (v odprtem magnetnem sistemu), temperaturno območje, izgube (reverzibilne, ireverzibilne), življenjsko dobo, testiranje in skladnost s standardi. Detajlno usklajevanje zahtev enih in ponudbe drugih je praviloma specifično za vsak primer posebej.

Tržno dostopni trajno magnetni materiali

Za uporabo v motorjih so tržno dostopni trdi feriti (Ba/Sr heksaferiti), FeCrCo, Alnico, SmCo5, Sm2Co17 in bolj ali manj legirani NdFeB.

Glede na izdelavne tehnologije so na voljo sintrani trajnomagnetni materiali ali izvedenke s termoplasti ali duroplasti.

Sintrani trajno magnetni materiali

Ne glede na to, da je več kot 50% svetovne porabe v motorjih še vedno na osnovi Ba/Sr heksaferitov [1], se bomo osredotočili na magnetne material na osnovi redkih zemelj. Od teh so pomembni predvsem Sm2Co17 (za področja visokih temperature – nad 200°C) in NdFeB (za področja z visokimi gostotami magnetnega polja). Glede na cenovne trende redkih zemelj v zadnjem letu (porast tudi do 10x) in omejena dostopnost elementov težkih redkih zemelj, ki v sintranih magnetih zagotavljajo visoko koercitivnost in temperaturno obstojnost magnetnih materialov, se veča tudi delež plastomagnetnih materialov in sicer izotropnih, anizotropnih ter tudi hibridnih magnetnih materialov.

Plasto magnetni materiali

Plastomagnetni materili so praviloma izvedenke enakih zlitinskih sistemov kot pri sintranih, le da vezivno matrico predstavlja termoplast in ali duroplast. Aktualen material na tem področju je predvsem anizotropen plasto NdFeB (slika 3). Razvojno obetavno področje pa predstavljajo mikromagnetni kompoziti, kjer je trdo magnetni material monolitno spojen z mehkomagnetnim materialom (slika 4).

Sklep

V prispevku je prikazan pregled trajno magnetnih materialov, ki se uporabljajo v sodobnih motorjih.


Trajno magnetni materiali v sodobnih motorjih

59

Slika 3: Razmagnetilne krivulje anizotropnega plasto NdFeB Slika 1: Razmagnetilne krivulje za sintrane Sm2Co17 (2),

Slika 2: Razmagnetilne krivulje za sintrane NdFeB trajne magnete (3)

Slika 4: Interfazna meja med trdomagnetno komponento (NdFeB, desno) in mehkomagnetno komponento (Fe, levo).

Literatura [1] J. M. D. Coey, “Magnetic materials,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 326, pp. 2-6, 2001 [2] http://www.electronenergy.com/ [3] http://www.kolektor.com/

Biografije avtorjev

Boris Saje je končal doktorski študij leta 1996 na Univerzi v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta in ima več kot 20 let izkušenj na področju trajno magnetnih materialov. Usposabljal se je na Inštitutu Jožefa Stefana, Ljubljana, Univerzi v Birminghamu, Anglija in na Max Planck Institutu, Nemčija. Industrijske izkušnje si je pridobil kot direktor razvoja in tehnologije v podjetju Magneti Ljubljana d.d., Trenutno je zaposlen kot vodja programa magnetnih komponent v Kolektor Group d.o.o. Na področju trajnih magnetov ima 2 patenta, 48 publikacij in 47 citatov.

Dieter Fernow je diplomirani fizik (Univerza v Dortmundu, leta 1985) in ima več kot 25 let izkušenj na področju trdo in mehko magnetnih materialov in razvoju tehnologij za izdelavo trajnih magnetov. Profesionalno kariero je začel pri KruppWidia kot vodja aplikativnega razvoja, nadaljeval delo na področju razvoja trajno magnetnih materialov pri Magnequench GmbH, Kane Magnetics Inc ter Electron Energy Corporation. Trenutno je zaposlen kot projektni vodja v Kolektor Magnet Technology, GmbH, Essen, Nemčija.

http://SPOT-2012.teces.si


60

Keramični senzorji tlaka in hladilni sistemi Marija Kosec1,2, Janez Holc1,2, Hana Uršič1,2, Darko Belavič1,2,3 1

Odsek za elektronsko keramiko, Institut »Jožef Stefan«, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana, Slovenia

2

CO NAMASTE, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana, Slovenia

3

HIPOT-RR d.o.o., Šentpeter, Slovenia

e-pošta: marija.kosec@ijs.si

Keramični senzorji tlaka

Novejše keramične tehnologije in materiali omogočajo izdelavo dvo- in tridimenzionalnih (2D, 3D) struktur pri nižjih temperaturah žganja. LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) je keramika z nizko temperaturo žganja. LTCC tehnologija temelji na tankih keramičnih folijah, ki se jih sestavlja v večplastne strukture, stisne ter žge pri temperaturah med 850 in 900 °C. V osnovi je LTCC tehnologija razvita za povezovanje elektronskih komponent in miniaturizacijo elektronskih sestavov. Kot kažejo novi trendi, pa je izredno zanimiva tudi za različne mikrosistemske aplikacije. Taki sistemi lahko vsebujejo senzorje tlaka, pretoka, temperature in plinov, kakor tudi aktuatorje, kanale, votline, membrane, konzole, mostičke, grelce, optične elemente, itd. S pravilnim pristopom omogočajo tudi integracijo naštetih senzorjev, aktuatorjev in ostalih gradnikov mikrosistemov. V okviru aplikativnih raziskav proučujemo pripravo LTCC materialov, študiramo lastnosti teh materialov pri različnih pogojih, razvijamo pomožne materiale, ki so potrebni za izdelavo 3D struktur ter v sodelovanju s partnerji raziskujemo in razvijamo senzorske in pretvorniške strukture. V 3D strukture integriramo tudi druge funkcionalne materiale, ki dajo 3D strukturam nove funkcije, kot na primer, piezoelektrični material, ki omogoča izdelavo senzorjev in aktuatorjev. Kot tržno zelo zanimive izdelke v sodelovanju s tovarno HYB d.o.o. in njihovo razvojno skupino HIPOT-RR d.o.o. razvijamo tehnologije in demonstratorje na področju senzorjev tlaka. V 3D keramično strukturo je vgrajena tanka membrana, ki se zaradi sile tlaka deformira [1], [2]. Senzorji na površini membrane to deformacijo zaznajo in natančno izmerijo. Trenutno sta tržno najbolj zanimiva segmenta uporaba keramičnega senzorja tlaka izdelanega v LTCC tehnologiji v medicinskih napravah ter v avtomobilski industriji. Senzor v

medicinskih napravah je primer senzorja tlaka za območje do 0,5 bara in mora zaznati zelo majhne spremembe tlaka. V tem primeru je keramična membrana relativno velika in jo je tehnološko zelo zahtevno izdelati. S pomočjo novega pomožnega materiala, ki smo ga razvili, nam je to uspelo [3]. Drug primer je senzor tlaka v avtomobilu. Senzor deluje v visokotlačnem področju, to je območju do 40 barov. Problem izdelave in uporabe senzorjev tlaka v tem območju so velike sile, ki delujejo na keramično membrano oziroma celotno keramično strukturo. Z izvirno konstrukcijo in uporabo primernih materialov smo v LTCC tehnologiji izdelali najmanjši znani keramični senzor tlaka za to območje. Primer senzorja tlaka izdelanega v LTCC tehnologiji je prikazan na Sliki 1. Na membrani so štirje piezorezistivni senzorji (črni pravokotniki na površini membrane), ki zaznajo zelo majhne spremembe deformacije membrane zaradi tlaka v notranjosti senzorja.

Slika 1: Primer piezorezistivnega senzorja tlaka za območje od 0-1 bara izdelanega v LTCC tehnologiji.


Keramični senzorji tlaka in hladilni sistemi

Elektrokalorični materiali za hladilne sisteme

Elektrokalorični pojav je posledica spremembe dipolarnih stanj, ko material preide skozi reverzibilno temperaturno spremembo pod spreminjajočim se zunanjim električnim poljem. Drugače povedano, material se segreje ali ohladi pri povečanju ali zmanjšanju električnega polja. Potencialna uporaba elektrokaloričnih materialov je v hladilnih in grelnih sistemih nove generacije. Poleg elektrokaloričnega pojava obstajata še dve tehnologiji za hladilne sisteme, ki izkoriščata fizikalne lastnosti materialov. Prvi je takoimenovani Peltierjev efekt ali termoelektrični pojav. Naprava, ki deluje na osnovi tega pojava, potrebuje visok DC električni tok, ki povzroči močno segrevanje naprave, takoimenovano Joulovo segrevanje. Druga tehnologija za hladilne sisteme pa temelji na magnetokaloričnem pojavu, kjer so pri uporabi hladilne naprave potrebna visoka magnetna polja, kar zelo omejuje njeno uporabo. Po drugi strani je z električnim poljem veliko lažje upravljati, zato so naprave, ki temeljijo na elektrokaloričnem pojavu bolj privlačne za širšo uporabo. Hladilni sistemi, ki bi temeljili na elektrokaloričnem pojavu, bi imeli nekaj neizpodbitnih prednosti pred današnjimi hladilnimi sistemi, kjer so ozonu škodljivi plini še vedno v uporabi [4]. Prednost pri hladilnih sistemih na osnovi elektrokaloričnega pojava pa ne bi bila samo zmanjšanje problema toplogrednih plinov, ampak tudi zmanjšanje porabljene energije ter tudi dejstvo, da je delavni medij v takšnih hladilnikih trdna snov, ki jo z lahkoto izoliramo od okolja, oblikujemo v željene oblike ter recikliramo [4]. Skupina v okviru IJS in CO NAMASTE raziskuje pripravo keramičnih elektrokaloričnih materialov, tako volumenskih keramik, debelih in tankih plasti na osnovi svinca (npr. relaksorsko-feroelektrične

keramike Pb(Mg0.33Nb0.66)O3, Pb(Mg0.33Nb0.66) O3–PbTiO3, Pb1-3x/2Lax(Zr0.65Ti0.35)O3 in antiferoelektrična keramika PbZrO3), kot tudi okolju prijaznih keramičnih materialov (npr. relaksorferoelektrična keramika (K0.5Na0.5)NbO3–SrTiO3 in antiferoelektrična keramika NaNbO3). Do sedaj najvišji elektrokalorični efekt volumenske keramike je bil izmerjen na keramiki 0.9Pb(Mg0.33Nb0.66) O3–0.1PbTiO3, kjer je bila pri električnem polju 140 kV/cm dosežena temperaturna sprememba 3.5 K. Posebej pa je potrebno poudariti, da imajo daleč najvišje elektrokalorične lastosti relaksorferoelektrične tanke plasti [5], [6]. Na svetu najvišji elektrokalorični pojav t.j., temperaturna sprememba 40 K, smo izmerili na Pb0.88La0.08(Ti0.65Zr0.35) O3 (PLZT 8/65/35) tankih plasteh pripravljenih s sintezo iz raztopin v [6]. Sliki 2 (a) in (b) prikazujeta mikrostrukturo preseka in fotografijo vzorca takšne PLZT tanke plasti na platinizirani silicijevi podlagi. Na slikah 2 (c) in (d) pa sta prikazani temperaturna sprememba in entropija PLZT tanke plasti v odvisnosti od priključenega električnega polja.

61

Slika 2: PLZT 8/65/35 tanka plast na platinizirani silicijevi podlagi (a) mikrostruktura, (b) fotografija vzorca z električnimi kontakti, (c) temperaturna sprememba in (d) entropija v odvisnosti od električnega polja [6].

http://SPOT-2012.teces.si


Keramični senzorji tlaka in hladilni sistemi

62

Literatura [1] M. Santo-Zarnik, D. Belavič, S. Maček, »The warm-up and offset stability of a low-pressure piezoresistive ceramic pressure sensor«. Sens. actuators, A, Phys., vol. 158, no. 2, pp. 198-206, 2010. [2] M. Santo-Zarnik, D. Belavič, S. Maček, »Design study for a capacitive ceramic pressure sensor«. Microelectron. int., vol. 28, no. 3, pp. 3135, 2011. [3] J. Holc, K. Makarovič, D. Belavič, M. Hrovat, M. Kosec, B. Jordan, »Postopek izdelave praznin v keramičnih večplastnih strukturah«, Patentna prijava P-201100202. Ljubljana: Urad RS za intelektualno lastnino, 3. jun. 2011 [4] E. Vereshchagina, Investigation of solid-state cooler based on electrocaloric effect, doktorska dizertacija: Oddelek za elektronsko inženirstvo, Lappeenranta, Finska (2007). https://oa.doria.fi/bitstream/handle/10024/30225/TMP.objres.599.pdf?sequence=1 [5] A. S. Mischenko, Q. Zhang, J. F. Scott, R. W. Whatmore, N. D. Mathur: »Giant electrocaloric effect in thin-film PbZr0.95Ti0.05O3«, Science, vol. 311, pp. 1270-1271, 2006. [6] Lu S. G., Rožič B., Zhang Q. M., Kutnjak Z., Li X., Furman E., Gorny L. J., Lin M., Malič B., Kosec M., Blinc R., and Pirc R. »Organic and inorganic relaxor ferroelectrics with giant electrocaloric effect«. Appl. Phys. Lett., vol. 97, pp. 162904, 2010.

Biografije avtorjev

Prof. Dr. Marija Kosec je doktorirala leta 1982 na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerze v Ljubljani. Na Inštitutu »Jožef Stefan« je zaposlena od leta 1973. Njene glavne raziskovalne dejavnosti so: sinteza in karakterizacija keramike, prahovi, tanke in debele keramične plasti, sinteza iz raztopine, suspenzije in feroelektriki. Marija Kosec je vodja Odseka za elektronsko keramiko na Institutu Jožef Stefan, podpredsednica Mednarodne podiplomske šole »Jožefa Stefana« in vodja Centra odličnosti NAMASTE. Dr. Janez Holc je diplomiral leta 1976, magistriral leta 1982 in doktoriral leta 1984 na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerze v Ljubljani. Danes je zaposlen na Institutu »Jožef Stefan« in CO NAMASTE kot višji znanstveni sodelovec. Njegove glavne raziskovalne dejavnosti so: sinteza in karakterizacija elektronske keramike, postopki priprave materialov, ki manj obremenujejo okolje, na primer uporaba vodnih suspenzij in mehanokemijska sinteza. Janez Holc je tudi vodja projekta v okviru Centra odličnosti NAMASTE.

Dr. Hana Uršič je diplomirala leta 2005 na Fakulteti za matematiko in fiziko, smer Fizika, Univerze v Ljubljani. Doktorirala je leta 2010 na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana, smer Nanoznanosti in nanotehnologije. Sedaj je zaposlena na Institutu »Jožef Stefan« in CO NAMASTE kot asistentka z doktoratom. Njene glavne raziskovalne dejavnosti so: feroelektrična keramika na osnovi svinca, debele keramične plasti ter strukturna in električna karakterizacija le-teh. Hana Uršič v Centru odličnosti NAMASTE vodi podprojekt z naslovom: Elektrokalorični materiali. Darko Belavič je diplomiral leta 1977 na Fakulteti za elektrotehniko, Univerze v Ljubljani. Od leta 1978 dela na področju debeloplastnih hibridnih vezij v raziskavah in razvoju družbe HYB d.o.o., (prej Iskra HIPOT), Šentjernej in Instituta »Jožef Stefan«, Ljubljana. Njegove glavne raziskovalne dejavnosti so: keramični mikrosistemi, debeloplastna tehnologija in senzorji tlaka. Darko Belavič je vodja raziskovalne skupine HIPOT-RR. Je tudi član Centra odličnosti NAMASTE in razvojnega centra IN.MEDICA.


Plenarno predavanje

63

Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike Stojan Markič, Lovrenc Gašparin Iskra Avtoelektrika d.d., Polje 15, SI-5290 Šempeter pri Gorici, e-pošta: stojan.markic@iskra-ae.comi, lovrenc.gasparin@iskra-ae.com

Uvod

E-mobilnost kot najučinkovitejša oblika individualnega transporta postaja povsod po svetu osrednji način pri zmanjševanja CO2 in ostalih izpustov oz. polucije. Danes je od skupne vsote CO2, ki ga povzročimo s transportom , kar 49% povzročen z osebnimi avtomobili (Slika 1).

sedanjih rešitev od 30% do 50% stroškov izdelave celega avtomobila, zato je trenutno največ nove ponudbe oz. novih modelov vozil v najnižjem velikostnem razredu, torej mala vozila večinoma primerna za uporabo v mestnih središčih. Eno takih je Renault Twizy, za katerega smo pogonski elektromotor razvili v Iskri Avtoelektriki.

Gonilne sile za razvoj e-mobilnosti

Slika 1: Deleži emisij CO2

Vožnja s čisto električnim avtomobilom pomeni 100% znižanje CO2, oziroma vožnjo brez emisij. To še posebej velja , če se električna energija za polnjenje pridobiva iz obnovljivih virov. Nujnost elektro mobilnosti je še posebej poudarjena zaradi dejstva, da človek postaja vse bolj odvisen od lastnega avtomobila. Po podatkih iz statističnega urada RS se uporaba javnih prevoznih sredstev stalno zmanjšuje, istočasno pa ima že vsak drugi Slovenec svoj avto. Pri tem je med štetjem v prometu ugotovljeno, da se v osebnih avtomobilih v povprečju vozi le 1,2 osebe. Električni avtomobili imajo trenutno edino večjo negativno pomanjkljivost, da so omejeni na manjši doseg, ki je pogojen predvsem zaradi omejitev pri shranjevanju energije v akumulatorjih. Ti predstavljajo v večini

Gonilne sile za razvoj elektro mobilnosti kot bodočega načina osebnega prevoza so: • Mobilnost je naša temeljna sestavina življenja (osnova za vse posle, osebna svoboda, vzpostavljanje človeških odnosov, …). • Fosilna goriva so omejena in se približujejo koncu. Postajajo tudi vse dražja. • Naraščajoča zavest o varovanju okolja in o posledicah velikih klimatskih spremembah. • Večanje stopnje zastrupljanja v večjih mestih z uporabo vozil z ICE motorji. • Večanje udobja. EV delujejo tiho, ni menjalnika, ni zaganjanja motorja, manj vzdrževanja …. • Približno 3x boljše izkoriščanje energije; izgorevanje ICE do pogona koles s cca. 25% izkoristkom, pretvorba električne energije do koles s cca 75% izkoristkom. • Omogoča izrabljanje obnovljivih virov energije

Slika 2: Primer uporabe sončne energije za polnjenje vozila (vir:Youtube) http://SPOT-2012.teces.si


Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike

64

Slika 3: Porazdelitev moči in sistemske napetosti po vrstah električnih vozil

Ker je v splošnem prehod v elektromobilnost boleč, zaradi trenutnih rešitev, ki so dražje od tistih na klasičnih vozilih in ker je potrebno zagotoviti obsežno infrastrukturo za distribucijo in polnjenje z električno energijo, potekajo številni projekti. Ti projekti potekajo z namenom osveščanja okrog nujnosti zmanjševanja izpustov in obveščanja javnosti o dostopnih rešitvah na trgu. Pri nas so to naprimer »CESLA - Čezmejna implementacija okolju prijaznih ultra-lahkih vozil v Sloveniji in Avstriji« in »E-mobilnost.hr« na hrvaškem. Od marca 2011 v EU poteka projekt “Green eMotion”. Vključenih je 43 partnerjev z velikimi imeni BMW, Deimler, Nissan, Renault…pa tudi naši konkurenti BOSCH, SIEMENS…Projekt je Skupina

sofinanciran iz razvojnih sredstev 7OP in ima osnovni namen pripraviti masovno tržišče elektromobilnosti v Evropi. Postavil bo potrebne standarde tudi za vzpostavitev potrebne infrastrukture. Eno področje je standardizirati polnilne postaje tako, da bo možno varno, kjerkoli in kadarkoli polniti vsako vozilo. Ideja je tudi v hitri menjalnici spraznjenih baterij s polnimi.

Poznane rešitve in trendi elektrifikacije vozil

Na tržišču se trenutno dobi že preko 30 komercialnih rešitev oz. modelov vozil, ki so čisto električna ali hibridna. V splošnem so vsa vozila z električnim pogonom razdeljena v več skupin glede na delež električno proizvedene moči v celotni moči vozila (Slika 3). Glede na električno proizvedeno moč je proporcionalno izboljšan prihranek na gorivu Znižanje porabe goriva in CO2

HIBRIDN VOZILA (HEV) • Mikro hibridi • Mild hibridi • Full hibridi

~ 6% ~15% ~30%

HEV Z EL. POLNJENJEM (PHEV) Full hibridi

100% prvih 20km ~30% v nadaljevanju

ČISTO ELEKTRIČNA VOZILA (EV)

100%

Tabela 1: skupine vozil glede na delež električne moči v glavnem pogonu:


Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike

Skupina vozil

Vrsta elektromotorja

Mikrohibridi

Alternator IM-asinhronski motor PM-motor s trajnimi magneti

Mild hibridi

IFSG- PM motor IM-asinhronski motor

FLYWHEEL ERAD

Full hibridi

IPM-sinhronski stroj IM-asinhronski motor

INTERCALATED EFAD

Električna vozila

IPM-sinhronski stroj IM-asinhronski motor

FA GEARBOX

65

Namestitev BAS ERAD ERAD

Tabela 2: Vrste in mesto vgradnje elektromotorjev na električnih vozilih

in s tem zmanjšana emisija CO2. Velikost električne moči vpliva na izbiro sistemske napetosti in s tem na vrsto in velikost baterije ter na izbiro vrste elektromotorja. Zaradi spremljajočih tehničnih in stroškovnih razlogov se v večini primerov pojavlja uporaba vrste elektromotorjev opisane v tabeli 2. Še nedokončana je boj med dvema prevladujočima Lastnost

vrstama elektromotorjev, to sta IM-asinhronski elektromotor in IPM- sinhronski elektromotor s trajnimi magneti. Nekaj primerjav prednosti in slabosti obeh je prikazan v tabeli 3. Napoved proizvodnje električnih vozil obljublja izrazito naraščanje v naslednjih letih. Nemčija si je zastavila cilj, da do leta 2020 izdela 2 milijona električnih vozil.

IM- asinhronski motor

IPM-sinhronski stroj

Karakteristika

Izkoristek

Velikost in masa

+ 5%

-30 %

Robustnost

-nevarna BEMF

Cena

~+20%

Tabela 3: Primerjava lastnosti elektromotorjev

http://SPOT-2012.teces.si


Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike

66

Slika 4: Napoved prodaje EV in PHEV za Evropo Slika 6: Ponazoritev pametnega omrežja, »smart grid« vir: Youtube

Vloga Iskre Avtoelektrike pri razvoju e-mobilnosti

Slika 4: Napoved prodaje EV in PHEV za Evropo

Obnovljivi viri energije in shranjevanje

Resnična učinkovitost pri znižanju emisij se doseže s polnjenjem električnih vozil iz obnovljivih virov kot so sonce, veter in gibajoča voda. Med obnovljive vire električne energije lahko štejemo še izgorevanje biomase v kogeneracijskih napravah vendar pri njih ne gre brez CO2 emisije. Omeniti gre še Pelterjeve elemente, ki izkoriščajo temperaturno razliko dveh medijev. Našteti obnovljivi viri so praviloma nestalni in se močno spreminjajo, zato bo za dobro izkoriščanje teh potrebno vzpostaviti pametno energetsko omrežje, s tujko »smart grid«. Osnovna funkcija pametnega omrežja je zagotovitev komunikacije med porabniki in elektrarnami. Na tak način bo v realnem času regulirano ravnovesje med potrebami porabnikov in med količino proizvedene oziroma razpoložljive električne energije. Postavitev pametnih mrež predvideva tudi pretok energije v obratni smeri, to je od porabnikov, ki imajo baterije, nazaj v omrežje takrat, ko je omrežje podhranjeno oziroma ob takoimenovanih konicah porabe. Dimenzioniranje in izkoriščanje elektrarn bo tako lahko optimalnejše. Med akumulatorji električne energije na vozilih se najpogosteje uporablja Li ionske baterije, ker imajo v primerjavi z drugimi vrstami ugodno razmerje med shranjeno količino elektike in maso oziroma volumen, ki ga zasedejo. V grafu na sliki 7 je prikazana primerjava lastnosti različnih vrst baterij.

Iskra Avtoelektrika je do danes zavzela razpoznaven delež pri razvoju in proizvodnji elektromotorjev in pripadajočih elektronskih krmilnikov za električna vozila v različnih industrijah. Največja prodaja je dosežena v segmentu električnih viličarjev, golf vozičkov, specialnih vozil in hidravličnih platform. Količinsko pa je seveda obsežnejša tista z udeležbo v avtomobilsko industrijo. V razvojnem in proizvodnem programu nastopajo vse vrste popularnih tipov elektromotorjev in krmilnikov. Med ostalimi stalnimi procesi za izboljšave je v podjetju izražena skrb za zagotavljanje najvišjih možnih izkoristkov električnih strojev in krmilnikov. Nekaj izstopajočih mejnikov z vpletenostjo Iskre Avtoelektrike v elektrifikacijo vozil: • •

• • • • •

1998 EHPS BLPM z integrirano elektroniko Volanski motor za viličar Steinbock Boss, prvi na svetu v viličarski industriji je povečal avtonomijo viličarja za cca 8% 2002 AC pogonski sistem z asinhronskim motorjem in krmilnikom ter EPAS volanskim motorjem za viličarje NACCO 2004 Hibridni sistem AIZ 48V 7kW/10kW za plovila 2004 EHPS elektromotor za volanski sistem na BMW R5- MINI 2006 EPS motor za volanski sitem Opel Corsa (izboljša porabo za -0,15L/100km) 2011 Asinhronski elektromotor za pogon RENAULT Twizy 2012 IPM motor in krmilnik za električni moped Tomos


Svetovni trendi elektrifikacije vozil, virov energije in vloga Iskre Avtoelektrike

• • • • • • •

Pomebne raziskave so potekale v okviru sofinanciranega projekta HEADS pri katerem je bil udeležen tudi TECES. Raziskave v Iskri Avtoelektriki še potekajo in zaobjemajo delo na: EPS in A/C motorji za avtomobilsko industrijo HV IPM motor generatorjih in krmilnikih HV asinhronskih motorjih HV BAS alternatorju in krmilniku za STOPSTART funkcijo »In-wheel« motorjih HV sinhronski strojih brez magnetov kot cenejša alternativa v pogonskem sistemu EV

Biografije avtorjev

Stojan Markič je leta 1983 končal univerzitetni študij elektrotehnike na Univerzi v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko. V Iskri Avtoelektriki d.d. je zaposlen 28 let, kjer se ukvarja z raziskavami in razvojem elektromotornih pogonskih sistemov.

67

Slika 7: Vrste in zmogljivost baterij za električna vozila (vir: Shiningstar technology)

Lovrenc Gašparin je diplomiral leta 2000, magistriral leta 2003 in doktoriral leta 2009 na Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani. Od leta 2001 je zaposlen v Inštitutu za električne rotacijske sisteme v Iskri Avtoelektriki d.d., kjer se ukvarja z modeliranjem in konstrukcijo električnih strojev.

http://SPOT-2012.teces.si


68

Uporabnost vodika in gorivnih celic v transportu na primeru minibusa Matjaž Čemažar1 Domel d.o.o. Otoki 21, SI-4228 Železniki, e-pošta: matjaz.cemazar@domel.si

1

Uvod

Človeštvo je doslej poleg sončne in jedrske uporabljalo kemične in biokemične vire energij. Če vzamemo ogljikovodike, smo uporabljali na zgodovinski časovni skali najprej les, nato pa premog, nafto in zemeljski plin, se pravi vire, v katerih delež vodika narašča. Če se gibljemo po tej logični poti naprej, pridemo do čistega vodika, ki je najmočnejše in na srečo tudi najčistejše kemično gorivo, ki pa se v naravi žal vedno nahaja vezan v različnih oblikah. Zato vodik ni le gorivo temveč predvsem energetski prenosnik. V prispevku je prestavljen hiter pregled stanja vodikove tehnologije v letu 2012 z vidika proizvajalca ključne komponente sistema za dovajanje zraka v gorivno celico vgrajene v minibus italijanskega proizvajalca Rampini, ki je bil predstavljen na Bledu v času svetovnega veslaškega prvenstva v letu 2010.

Vodik in gorivne celice

Vodik je plin brez barve, vonja in okusa. Molska masa vodika je 2,016 g/mol, je najlažji element, ki ima najmanjšo gostoto 0,08376 kg/m3 pri normalni temperaturi in tlaku. Vodik se utekočini pri temperaturi 20,3 K pri normalnem tlaku. Vodik ima največjo kurilno vrednost glede na maso, zgorevalna toplota je 141,9 MJ/kg, skoraj trikrat več kot pri bencinu. Gorivna celica je elektrokemična naprava, ki kemično energijo brez vmesnih pretvorb pretvarja v električno delo in del tudi v toploto. Gorivne celice lahko delimo glede na uporabljen elektrolit, glede na delovno temperaturo, glede na uporabljeno gorivo ali glede na stanje vodika. Doseženi izkoristki pretvorbe so v primerjavi z drugimi pretvorbami bistveno višji in presegajo 50%.

Pridobivanje vodika in hranjenje

Elektroliza vode je uveljavljen način pridobivanja vodika.

Slika 1: Primerjava energijskega izkoristka stacionarnih vodikovih aplikacij s konvencionalno proizvodnjo električne energije [2]

Prednost tovrstnega postopka pridobivanja vodika je njegova čistost in neodvisnost od uporabe fosilnih goriv. Pri elektrolizi se voda razcepi na elementa, ki jo sestavljata, to sta vodik in kisik. Elektroliza nam omogoča pridobivanje vodika v majhnih in velikih sistemih. Največja težava je električna energija, ki jo za elektrolizo potrebujemo iz drugih virov. Reforming je način pridobivanja vodika iz fosilnih goriv, najpogosteje se kot osnovno gorivo uporablja zemeljski plin. Prednost reformiranja fosilnih goriv je predvsem cena, saj je to najcenejši način pridobivanja vodika. Za pridobivanje se lahko uporablja že zgrajena infrastruktur, sicer pa gre za kompleksen proces, ki je razmeroma drag in zavzame veliko prostora, zato ga ni mogoče vgraditi v vozila. Pri normalnih pogojih je vodik plin, katerega 1 kg ima prostornino 11,94 m3, gostota vodika je najmanjša med vsemi plini. Čeprav ima zelo visoko kurilno vrednost na enoto mase, je zaradi majhne gostote vsebnost energije v dani prostornini plinastega vodika majhna. Hramba vodika pri normalnih pogojih zato ni praktična, obstaja pa več možnosti, kako vodik skladiščiti pri manjši prostornini. Tako kot ostali plini je tudi vodik stisljiv


Uporabnost vodika in gorivnih celic v transportu na primeru minibusa

Slika 2: Minibus Rampini z gorivno celico, v obratovanju na Bledu v času svetovnega prvenstva v veslanju leta 2010

in ga je mogoče skladiščiti pod tlakom. Mogoče ga je tudi utekočiniti ali pa adsorbirati ali kemijsko vezati na določene snovi. Lahko ga tudi pridobivamo sproti in problem skladiščenja obidemo.

Uporaba vodika v transportu

Električna mobilnost danes velja za enega od glavnih kandidatov za zmanjšanje odvisnosti od nafte v cestnem prometu z uvedbo alternativnih virov energije. S tem bo prispevala k postopnemu izboljšanju oz. prehodu k čistejšemu prometu, kot je predvideno v EU-2020 strategiji in v viziji dokumenta o trajnostni prihodnosti prometa. V ta namen je na nivoju EU ustanovljeno združenje HyRaMP (the European Regions and Municipalities Partnership for hy-drogen and fuel cells) – partnerstvo evropskih regij in občin za uporabo vodika in gorivnih celic, je bilo ustanovljeno s pomočjo Evropske komisije leta 2008 in predstavlja več kot 30 regij v Evropi. Zavzemajo se predvsem za uvajanje in uporabo vodika ter

Slika 3: Tehnični podatki minibusa z gorivno celico 16 kW [1]

gorivnih celic v Evropi, kar je zelo pozitivno prispevalo k zmanjšanju izpustov ogljikovega dioksida in s tem večje varovanje okolja, gospodarsko rast, nova delovna mesta zaradi uvajanja novih tehnologij, usklajevanje pobud in vzpostavitev novih priložnosti na okolju prijazen in trajnostni način [3]. Eden od na trgu dostopnih konceptov minibusov je nadgradnja električnega avtobusa italijanskega proizvajalca Rampini z gorivno celico kanadskega proizvajalca Hydrogenics. Gorivna celica tipa PEM (Proton Exchange Membrane) je nazivne moči 16 kW, ki v kombinaciji z akumulatorji zadostuje za pogon elektromotorja moči 70 kW. Minibus ima z 9,5 kg stisnjenega vodika v dveh jeklenkah shranjene energije za 190 km. Omenjeno gorivno celico na katodni strani s kisikom oskrbuje Domelov elektronsko komutiran kompresor.

69

Zaključek

Vodik se žal v naravi ne nahaja prosto in ga ne moremo preprosto črpati kot nafto. Obstajajo pa postopki, s katerimi ga lahko proizvajamo tudi iz obnovljivih virov in ga pretvorimo v električno energijo z visokim izkoristkom. Je torej vodik prenosnik energije 21. stoletja? Odgovorov na to vprašanje je toliko, kolikor je interesov različnih interesnih skupin, dejstvo pa je, da se tehnologija intenzivno razvija, danes predvsem z razvojnimi spodbudami. Testiranje trga se izvaja z različnimi demonstracijskimi projekti, kjer se seznanjanje s pozitivnimi in negativnimi posledicami vpeljave te tehnologije sooča celotna veriga od proizvajalcev komponent do končnih uporabnikov.

Slika 4: Od konjske vprege do tehnologije vodika? [2]

http://SPOT-2012.teces.si


Uporabnost vodika in gorivnih celic v transportu na primeru minibusa

70

Literatura [1]Interni viri Domel [2]Vodik vodi v čisto energijsko prihodnost, Ministrstvo za okolje in prostor Republike Slovenije, Delo d.d., Tiskarsko središče [3]Uporaba vodika in elektrike v prometu, http://www.energap.si/?viewPage=16, 20.03.2012

Biografije avtorjev

Mag. Matjaž Čemažar je leta 1996 dokončal študij elektrotehnike na Fakulteti za elektrotehniko in se zaposlil v razvojnem področju podjetja Domel. V letih 1998 in 2001 je bil kot mladi raziskovalec zaposlen na Fakulteti za elektrotehniko. V letih med 2002 in 2007 je v podjetju Domel vodil več razvojnih projektov med drugim tudi projekte

razvoja komponent za gorivne celice. V tem času je tudi aktivno sodeloval pri oblikovanju Slovenske platforme za vodik in gorivne celice. Od leta 2007 je zaposlen v Domelu d.o.o. v vlogi direktorja razvojnega področja in je sodeloval pri ustanovitvi Razvojnega centra za vodikove tehnologije in Centra odličnosti za nizkooglične tehnologije.


Razvoj solarnih inverterjev, standardi in povezljivost v SmartGrid sisteme

71

Vojko Blažič Iskra Avtoelektrika d.d., Polje 15, SI-5290 Šempeter pri Gorici, e-pošta: vojko.blazic@iskra-ae.com

Industrija pridobivanja električne energije iz fotovoltaičnih celic se je v zadnjih letih zelo razvila in predstavlja (skupaj s še z drugimi zelenimi tehnologijami) v nekaterih državah velik blažilnik trenutnih gospodarskih razmer. Večinoma spodbujena z subvencijami je bila letna rast te veje industrije tudi do 30%. Na trgu se je pojavilo veliko dobrih proizvajalcev panelov, inverterjev ter pripadajoče opreme, še posebno v Nemčiji, Španiji, Italiji, Danski in USA, vendar se je trend v zadnjem letu obrnil krepko navzdol in industrija v državah, kjer ni subvencij, ne raste več tako hitro. Zaradi hitre rasti in politike subvencij se je razvoj fotovoltaičnih inverterjev razvijal v smer diktirano s strani velikih proizvajalcev kot SMA, Kaco, PowerOne, ki so izdelali inverterje primerne za najbolj pogosto subvencionirane velikosti elektrarn. Ob tem se je zanemarilo precej pomembnih vidikov, tako dolgoročnega izkoristka, zanesljivosti delovanja kot tudi požarne varnosti in enostavne montaže. Poleg tega postaja vse bolj pomemben vidik usklajenega delovanja vseh alternativnih virov energije, predvsem zaradi preprečevanja prevelikega nihanja količine proizvedene energije, ki povzroča nemalo preglavic elektrodistributerskim podjetjem. Vse več novih standardov povezanih s tem področjem kaže, da se s povečano prisotnostjo alternativnih virov energije spreminja tudi obnašanje omrežja samega in da nekatere postavke iz let, ko je bilo generiranje energije centralizirano, ne veljajo več.

Najpomembnejši standardi na trgu alternativnih virov energije

Glede na to da se solarni inverterji priključujejo na javno omrežje, morajo zadostiti velikemu številu standardov, saj samo tako zagotovimo kompatibilnost z ostalimi napravami na omrežju. Najbolj uveljavljen in upoštevan standard je VDE 4105, poleg tega pa so zelo pomembni

še italijanski CEI 0-21, ki je en od zahtevnejših standardov ter seveda severnoameriški UL1741. Splošni standard IEC62109 povzema posamezne točke iz teh in standardov 63 držav članic IEC komiteja. Načeloma naj bi se izdelek narejen po IEC standardu v državi A brez težav prodajal v državi B, vendar v realnosti to ne velja in so potrebne manjše korekcije na izdelkih, če hočemo 100% kompatibilnost v določeni državi. Standardi določajo tolerance frekvenc in napetosti omrežja, časovni okviri varnostnih odklopov, maksimalni injecirani DC tokovi v omrežje ter dovoljena emisija harmonikov v omrežje. Pri razvoju izdelka je potrebno v spisek zahtev izdelka natančno vpisati najstrožje meje, ki jih določa skupek standardov (Tabela 1), saj le tako zagotovimo kompatibilnost izdelka čim širšemu spektru različnih omrežij v različnih državah.

Povezovanje inverterjev s Smart Gridom

Zaradi velikega števila generatorjev električne energije na omrežju, pojavom električnih avtomobilov in inteligentnih števcev električne energije se je pojavila potreba po vsklajenem delovanju vseh deležnikov na omrežju. Zato se je znotraj IEC najprej ustanovila delovna skupina TC13, ki je postavila na noge t.i. Smart Metering standard, malo kasneje pa se TC57 skupina, ki se ukvarja s definicijo SmartGrid standardov. Ti standardi bodo in deloma že definirajo protokole, objektne baze, fizične »layerje« ki bodo omogočali izmenjavo podatkov prek pametnega omrežja. Z združevanjem TC13 in TC57 prek tako imenovanih COSEM razredov bo tako poenotena izmenjava podatkov poenostavila upravljanje omrežij, pošiljanje ukazov in branje najpomembnejših parametrov razpršenih virom energije, branje števcev električne in toplotne energije ter upravljanje z hranilniki električne energije kot npr. z akumulatorji v električnih avtomobilih itd. http://SPOT-2012.teces.si


Razvoj solarnih inverterjev, standardi in povezljivost v SmartGrid sisteme

72

Item

Requiement

Value

11

Voltage range 208V system:

179-232V

12

Frequency range 60Hz

59.2-60.6Hz

13

Voltage range 240V system

206-270V

14

Frequency range 50Hz

47.5-50.5Hz

15

Power factor

0.94-1

21

Communication:

WMbus 868Mhz comply to EN 13757-1 … 5

2

Voltage deeps V<50%

Stop in 100msec acc. To IEC 61727 §5.2.1

3

50%<V<85%

Stop in 2 sec

4

85%<V<110%

Operation

5

110%<V<135%

Stop in 2 sec

6

V>135%

Stop in 50msec

7

IEC 61727 f<>1Hz fo

Stop 200msec

8

IEEE 929 59.3<f<60.5

Stop in 6 cycles

9

THD odd harmonics

5%

10

3rd to 9th

<4%

11

11th to 15th

<2%

12

17th to 21th

<1.5%

13

23th to 33rd

<0.6%

14

Above 33rd

<0.3%

15

Power output >10% rated output

>.85 lagging

16

>50%

>.9 lagging

17

IEC61727 2s after anomaly detected

2 sec

18

IEEE 929 real power <50% or >150% of inverter output Islanded power factor <0.95

10 cyles reconnect after 5min

Tabela 1: Izvleček najstrožjih zahtev iz različnih standardov

Slika 1: Prikaz križanja med Smart Metering in Smart Grid komunikacijskimi standardi

Koncept mikroinverterja

Vse večja modularnost sistemov generiranja energije je uporabna tudi na mikro nivoju, tam, kjer jo generiramo. Princip je enostaven: velike inverterje se nadomesti z mikroinverterji, ki so montirani direktno na sončne panele in generirajo

napetost kompatibilno z omrežjem. Na prvi pogled deluje sistem nerodno in komplicirano, vendar ima kar nekaj prednosti pred klasičnim sistemom s centralnim inverterjem. Najpomembnejše prednosti tega pristopa so: • Izredno dobro izenačevanje različno osvetljenih panelov v sistemu. • Do 20% boljši akumuliran izkoristek energije v primerjavi s string inverterjem. • Zelo majhna potrebna moč panela za začetek delovanja <8W (System Wake Up). • Zaradi majhne moči inverterja je možno s primerno topologijo uporabiti folijske kondenzatorje, ki imajo zelo dolgo življensko dobo. MTBF teh krmilnikov dosega 500 let. (na 500 krmilnikov odpove en na leto). • Možna uporaba standardnih komponent vključno z magnetiko in polprevodniki z enostavno avtomatizacijo proizvodnje. • Zaradi velikega števila izdelkov je količina vgrajenih komponent velika in s tem tudi pogajalska moč nabavnega oddelka večja.


Razvoj solarnih inverterjev, standardi in povezljivost v SmartGrid sisteme

• •

• •

Pri odpovedi posameznega krmilnika sistem še vedno generira energijo. Majhni stroški servisa. Odpoved krmilnika pomeni 300€ stroškov, odpoved centralnega inverterja pomeni tudi 3000€ stroškov. Modularen sistem. Možnost dograjevanja sistema brez vpliva na obstoječo solarno instalacijo. Izboljšan monitoring in diagnostika sistema. V realnem času se diagnosticira stanje posameznega PV panela. Enostavna montaža in električna inštalacija. Ni visokonapetostnih povezav z DC napetostjo, ni “junction box”. Glede na zadnje analize je prihranek na stroških inštalacij do 20%. Možnost kasnejše dograditve sistema na večjo moč. Med požarom, je potrebno samo izklopiti glavno stikalo povezave s omrežjem in v 2 sekundah se morajo vsi krmilniki odklopiti od omrežja. Na strehi ni nobene napetosti več.

73

Slika 3: 3D model Iskra prototipa mikroinverterja

Glede na prednosti tega tipa inverterjev, smo razvoj solarnih inverterjev v Iskri Avtoelektriki usmerili v to nišo, rezultat prvih faz razvoja pa je delujoč prototip prikazan na spodnjem 3D modelu. Na trgu je trenutno prisoten en sam dobavitelj mikroinverterjev, kar pomeni da trg še ni zasičen. Po napovedih bo ta trg zrasel iz 25 Mio$ leta 2009 na 250Mio$ v 2012, kar daje Iskri Avtoelektriki možnosti uspešnega nastopa na trgu.

Literatura [1]Søren Bækhøj Kjær Specifications for the ‘SolcelleInverter’ project [2]Lars Gertmar , Per Karlsson , Olof Samuelsson On DC Injection to AC Grids from Distributed Generation EPE 2005 - Dresden [3]Somasundaram Essakiappan, Souhib Harb, Armando Solar-Schultz Current status and future trends in solar technology – A comparative study of Texas and California [4]Dr. Jason Lai Field Verification of High-Penetration Levels of PV into the Distribution Grid with Advanced Power Conditioning Systems

Biografije avtorjev

Vojko Blažič je zaposlen v v razvojnem oddelku družbe Iskra Avtoelektrika d.d., kjer deluje na področju razvoja HW elektronike, predvsem »embbeded designov« z DSP procesorji ter naprednimi

komunikacijami. Trenutno je vodja projekta razvoja solarnega mikroinverterja, poleg tega pa sodeluje tudi na številnih ostalih razvojnih projektih kot svetovalec pri postavljanju osnovnih konceptov.

http://SPOT-2012.teces.si


74

Napredni akumulatorji za mobilne in stacionarne aplikacije Miran Gaberšček12 1

Kemijski inštitut, Ljubljana, SI-1000 Ljubljana,

Center odličnosti nizkoogljične tehnologije (CO NOT), Ljubljana, SI-1000 Ljubljana, e-pošta: miran.gaberscek@ki.si

2

Zmogljivost baterij in akumulatorjev

Med shranjevalniki električne energije za mobilne aplikacije (mobilni telefoni, prenosni telefoni, električni avtomobili ipd.) so trenutno najzmogljivejši litijevi akumulatorji. Količina shranjene energije znaša do 120 Wh/kg, gostota moči do 200 W/kg in število ciklov vsaj 1000 polnjenj/praznjenj. Količina shranjene energije na enoto mase je tako skoraj 3-4 krat večja kot v klasičnem svinčevem akumulatorju, na enoto volumna pa celo do 10 krat. Te številke si lažje predstavljamo, če primerjamo zmogljivost baterij z zmogljivostjo klasičnega motorja z notranjim izgorevanjem (slika 1). Vidimo, da sta tako moč kot količina shranjene energije v najboljših trenutnih baterijah okoli 10 krat manjša kot v motorju z notranjim izgorevanjem. To razliko nekoliko zmanjša precej boljši izkoristek elektromotorja v primerjavi z bencinskim ali dizelskim – izkoristek prvega lahko skupno znaša do 80 % (3-4 krat več kot oba klasična avtomobilska motorja). Baterijo večkrat primerjamo z gorivno celico, ki pretvarja kemijsko energijo vodika neposredno v električno. Slika 1 kaže, da je energijska gostota gorivne celice najmanj 5 krat večja kot v bateriji Li ion, vendar pa ima nekoliko manjšo moč. V bodočnosti načrtujemo kombinacijo (hibrid) med gorivno celico in baterijo (na sliki 1 je hibrid predstavljen z imenom Li-zrak). Tak hibrid bi se po lastnostih že precej približal motorju z notranjim izgorevanjem.

Sedanjost in bodoči razvoj

Drug način prikaza zmogljivosti različnih akumulatorjev je podan na sliki 2. Predpostavke pri tem prikazu so: baterija ne glede na tip tehta 200 kg, celoten avtomobil (električen) 1 tono, vožnja je varčna. Višina stolpcev pove energijsko gostoto baterije, številka nad stolpcem pa število prevoženih kilometrov. Kot vidimo, s trenutno

Slika 1: Energijska gostota in gostota moči nekaterih znanih tipov baterij, gorivne celice in motorja z notranjim izgorevanjem. Razlaga kratic: Svinec – klasični svinčev akumulator, Ni-Cd – nikelj-kadmijev akumulator, Ni-MH – nikelj-metal hidridni akumulator, Li-ion – litij ionski akumulator, Li-zrak – hibridna naprava z litijevo negativno elektrodo in pozitivno elektrodo, kakršno poznamo v PEM gorivni celici (v razvoju), Motor not. iz. – motor z notranjim izgorevanjem.

najboljšo Li-ion baterijo lahko prevozimo le okoli 150 km. Je pa razvoj naslednje generacije Li-ion baterije praktično že končan – z njo bomo v letu ali dveh že prevozili okoli 200 km (stolpec Li-ion II). Pravkar se začenja razvoj še enega sistema, ki pa ne temelji več na litij ionski tehnologiji. Litij sicer ostaja kot negativna elektroda, vendar tu ne gre za ionske oblike, temveč za litij kot kovino. Na drugi strani (pozitivna elektroda) je žveplo. Med litijem in žveplom med delovanjem potekajo zapletene kemijske reakcije. Kontrola teh reakcij je glavna naloga razvoja v naslednjih 5 letih. Če bi uspeli, bi dobili baterijo, s katero bi se dalo prevoziti 400 km, kar pa je že primerljivo z nekaterimi obstoječimi avtomobili. Pri razvoju te baterije imajo pomembno vlogo slovenski raziskovalci na Kemijskem inštitutu v Ljubljani, ki koordinirajo najmočnejši evropski konzorcij na tem področju (v konzorciju so tudi Saft, Volvo, Renault in podobna pomembna podjetja). Kot smo omenili že zgoraj, je zadnja stopnja razvoja –


Napredni akumulatorji za mobilne in stacionarne aplikacije

75

kot ga vidimo v tem trenutku – hibridna tehnologija, ki združuje baterijo in gorivno celico (Li-zrak). Doseg s to napravo bi znašal okoli 500 km. Na sliki 2 je še ena serija podatkov: številke v stolpcih povejo ceno energije (EUR/kWh), shranjene v posameznem tipu akumulatorja. Vidimo, da novi, boljši tipi akumulatorjev predvidoma ne bodo dražji, morda bo cena celo nekoliko padla.

Slika 3: Napetost in kapaciteta sodobne Li-ion baterije pri različnih tokovnih obremenitvah zunanjega porabnika. 1 C pomeni tok, ki baterijo napolni v 1 uri, 5C pa zgolj v petinki ure (12 minutah). Če bi baterijo skušali napolniti/izprazniti v 1 ali 2 minutah, bi napetost in kapaciteta šla proti 0 (baterija »počepne«).

Izkoristek, izpusti, cena energije Na sliki 2 je še ena serija podatkov: številke v stolpcih povejo ceno energije (EUR/kWh), shranjene v posameznem tipu akumulatorja. Vidimo, da novi, boljši tipi akumulatorjev predvidoma ne bodo dražji, morda bo cena celo nekoliko padla.

Večanje energijske gostote je le eden od ciljev baterijskega razvoja. Drug, enako pomemben, cilj je večanje električne moči baterije. Učinek premajhne moči baterije je prikazan na sliki 3. Vidimo, da z večanjem moči porabnika, ki ga prikazujemo v enotah C/n (n je število ur, potrebnih zato, da baterijo napolnimo ali izpraznimo), pada tako delovna napetost baterije kot njena kapaciteta. Pri dovolj velikih zahtevanih močeh baterija preneha delovati (»počepne«). Na eni strani je povečana moč pomembna med delovanjem baterije – denimo pri pospeševanju avtomobila, zahtevnem numeričnem računanju prenosnega računalnika ipd., s čimer omejimo pregrevanje, podaljšamo življenjsko dobo itd. Po drugi strani pa večja moč izjemno skrajša čas polnjenja baterije. Že pri uporabi mobilnih telefonov veliko raje vidimo, da se napolnijo v zelo kratkem času. Pri električnih avtomobilih je to še pomembneje. Trenutne baterije so prav v tem pogledu še zelo neoptimirane: mnogi proizvajalci ponujajo baterije, ki jih je potrebno polniti do 6 h. Zato je razvoj precej močnejših baterij, ki bi jih lahko napolnili v 5-10 minutah, izjemno zaželen. Ta razvoj ni več zgolj teorija – v laboratorijih že znamo izdelati baterije, ki jih je moč napolniti do 90 % v manj kot eni minuti.

Za konec si na hitro poglejmo še izkoristek, ekološki in cenovni vidik uporabe električnih motorjev v primerjavi z motorji z notranjim izgorevanjem. V prvem stolpcu Tabele 1 vidimo da je poraba energije na prevožen kilometer pri električnem avtomobilu do 3 krat manjša kot v primeru klasičnega bencinskega motorja. Drugi stolpec kaže, da je obremenitev okolja z ogljikovim dioksidom do štirikrat manjša (upoštevamo trenutno energijsko mešanico v Evropi, kjer precejšen delež elektrike pridobimo iz fosilnih goriv). V zadnji koloni je cena energenta na prevoženi kilometer na dan 01.07.2011. Uporabo baterij za stacionarne aplikacije bomo obravnavali na srečanju SPOT 2012.

Tabela 1: Izkoristek, izpusti in cena energentov za različne tipe avtomobilov v letu 2011.

http://SPOT-2012.teces.si


Napredni akumulatorji za mobilne in stacionarne aplikacije

76

Literatura [1] J. Jamnik, R. Dominko, B. Erjavec, M. Remskar, A. Pintar, M. Gaberscek, Adv. Mater., 21, 2715 (2009).

Biografije avtorjev

Prof. dr. Miran Gaberšček je leta 1987 končal univerzitetni študij kemije na Fakulteti za naravoslovje in tehnologijo (danes Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo) Univerze v Ljubljani. Leta 1990 je na isti fakulteti magistriral, leta 1994 pa doktoriral (del doktorskega dela je opravil na enoletnem izpopolnjevanju na Tehnični univerzi v Gradcu, Avstrija). Po doktoratu je nekaj časa deloval na Case Western Reserve University v ZDA. Prof. Gaberšček je danes vodja Laboratorija za elektrokemijo materialov na Kemijskem inštitutu v Ljubljani ter izredni profesor za področje Materialov na Fakulteti za kemijo in kemijsko

tehnologijo Univerze v Ljubljani. Je tudi direktor Centra odličnosti za Nizkoogljične tehnologije (CO NOT) ter vodja tematske skupine “Theory” na Evropskem raziskovalnem inštitutu za področje litijevih baterij ALISTORE-ERI. Prof. Gaberšček se ukvarja z raziskavami materialov za energetski sektor ter materialov za zdravje. Tipična uporaba takšnih materialov so sodobne litijeve baterije, superkondenzatorji, gorivne celice, kompozitni materiali za prirejeno sproščanje zdravil ipd. V okviru CO NOT te raziskave dopolnjuje tudi z raziskavami novih materialov in tehnologij za izkoriščanje sončne energije.


BELEŽNICA

77

http://SPOT-2012.teces.si


BELEŽNICA

78


h BSH Hišni aparati d.o.o., Nazarje

Tradicija. Kakovost. Inovacije. Nazarje. BSH Hišni aparati d.o.o., ki ima sedež v Nazarjah, na tej lokaciji že več kot 40 let soustvarja zgodbo o uspehu malih hišnih aparatov. V zadnjem desetletju se je na lokaciji podjetja razvil sodoben center za proizvodnjo in razvoj vseh motoričnih malih hišnih aparatov za pripravo hrane ter termičnih aparatov za pripravo napitkov. V podjetju razvijamo ter izdelujemo tudi vse več tehnološko zahtevnejših termičnih aparatov za pripravo napitkov, saj se proizvodnja enostavnihc motorskih aparatov umika tehnološko zahtevnejšim malim hišnim aparatom z višjo dodano vrednostjo. V letu 2011 smo proizvedli kar 7 milijonov aparatov, ki se na svetovnem trgu pojavljajo pod blagovnimi znamkami Bosch, Siemens, Ufesa in Profilo.

BOSCH AND SIEMENS HOME APPLIANCES GROUP

Inovativnost, kakovost, zanesljivost in energijska učinkovitost. Za boljši jutri. Inovativnost, kakovost, zanesljivost in energijska učinkovitost so naše temeljne vrednote, ki ne odlikujejo zgolj naših izdelkov, temveč se odražajo tudi v naših delovnih procesih in vodenju. So temelj filozofije poslovanja našega podjetja in tvorijo skupaj z visoko motiviranim kadrom osnovo za uspešno poslovanje. Našo konkurenčno prednost na trgu bomo tudi v prihodnje zagotavljali z energijsko varčnimi in uporabnikom prijaznimi aparati, ki temeljijo na inovativnih in inteligentnih tehnologijah. Le tako bomo omogočili doseganje jutrišnjih zahtev že danes.

www.bsh-group.si

EBV ELEKTRONIK d.o.o. je ena izmed 59-ih evropskih EBV pisarn, locirana v Ljubljani, od koder pokrivamo trge vseh bivših jugoslovanskih republik že od leta 1988 naprej. Kot specializiran distributer polprevodniških komponent dvajsetih svetovno znanih proizvajalcev polprevodnikov smo se v zadnjih nekaj letih usmerili v tako imenovane vertikalne trge kot npr. Automotive , Consumer, Renewable Energy, Medical, Lighting, Identification, Industrial….. V ta namen smo poskrbeli za specializirano tehnično in marketinško podporo, ki je na voljo našim kupcem. Trenutno sta med vertikalnimi trgi najbolj aktualna Renewable Energy in Automotive zaradi samega obsega novih aplikacij in tržnega deleža. Danes prav avtomobilska industrija prinaša vrsto novih aplikacij kot so novi hibridni sistemi, komunikacija v smislu varnosti (From Car to Car), telemetrije in informiranja, kjer je EBV kot ponudnik komponent in znanja že prisoten. EBV s svojimi izkušnjami, tehničnim znanjem, logistiko in komercialno podporo lahko pomaga uresničiti vaše dobre ideje. »Distribution is today. Tomorrow is EBV!« www.ebv.com EBV Elektronik d.o.o , Dunajska 159 , 1000 Ljubljana Tel. 00 386 1 5609780; Fax 00 386 1 5609877 Contact: Bernarda.Horvat@ebv.com


Obrtno-podjetniška zbornica Slovenije (OZS) OZS je stanovska organizacija slovenskih obrtnikov, ustanovljena 1969. Deluje kot samo­ stojna zbornica in šteje več kot 51 000 članov. Združuje 62 območnih obrtnih zbornic, znotraj OZS deluje 31 sekcij. Ena izmed njih je tudi Odbor za znanost in tehnologijo, ki deluje že 6 let in je v pristojnosti Upravnega odbora Obrtnopodjetniške zbornice Slovenije. Njegova temeljna naloga je povezovanje gospodarstva in znanosti ter zagotavljanje in omogočanje prenosa visokih in specifičnih znanj iz akademske in znanstvene sfere v mala in mikro podjetja. S strani Od­ bora je bilo organiziranih že 79 strokovnih dogodkov s skupno preko 6000 udeleženci. Med strokovne dogodke sodijo tehnološki dnevi, energetski in nanotehnološki dnevi. Odbor sodeluje z Institutom Jožef Stefan, Fakulteto za elek­trotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, Fakulteto za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, Kemij­skim inštitutom v Ljubljani in Univerzo v Mariboru.

Cross-border implementation of Environmentally friendly ultra-light vehicles in SLovenia and Austria Čezmejna implementacija okolju prijaznih ultra-lahkih vozil v Sloveniji in Avstriji

E-mail: info@cesla.eu Web site: www.cesla.eu

Iskra MIS - vaš zanesljivi partner za energijo iz obnovljivih virov VETRNE ELEKTRARNE

FREKVEN»NI INVERTERJI

DC/AC razsmernik SOLARNE ELEKTRARNE

DC (AC)/AC (DC) razsmernik

DC/AC razsmernik

DC (AC)/AC (DC) razsmernik

VARILNA OPREMA

DC (AC)/AC (DC) razsmernik

IGBT modul UPS SISTEMI

HIBRIDNA VOZILA

®

Ljubljanska c. 24a, SI - 4000 Kranj, Slovenija Tel.: +386 4 23 72 112, Fax: +386 4 23 72 129 E-mail: info@iskra-mis.si, www.iskra-mis.si

Utrip iz enega od nanotehnoloških dnevov


Namen kompetenčnega centra KC-SURE »Napredni sistemi učinkovite rabe električne energije« je celovita obravnava problematike aktivnih omrežij - od proizvodnje električne energije, njene distribucije ter porabe za vzpostavitev koncepta aktivnega omrežja Smart Grid v Sloveniji, ki omogoča verifikacijo rešitev in potrditev ustreznosti novo razvitih izdelkov partnerjev za vključevanje v pametna elektroenergetska omrežja prihodnosti.

KOMPETENČNI CENTER

Napredni sistemi učinkovite rabe električne energije COMPETENCE CENTER

Advanced Systems of Efficient Use of Electrical Energy Rešitve aktivnega elektroenergetskega omrežja Razvoj rešitev aktivnega elektroenergetskega omrežja, konceptov in algoritmov za učinkovito rabo energije, ki temeljijo na ukrepih avtomatskega upravljanja v okviru povezave konceptov pametnih omrežij in pametnega doma.

Rezultati programa: • Skupno 253 raziskovalnih ur v FTE; • Skupno 37 inovacij in patentov; • Skupno 24 novih produktov in storitev; • Predvideva se vključenost v vsaj 50% vrednosti načrtovanih investicij v Sloveniji v sistemsko uvedbo konceptov aktivnih omrežij; • Pričakuje se vsaj 1% udeležbe pri načrtovanih sredstvih EU na področju nadaljnjih raziskav in razvoja aktivnih omrežij; • Pričakovanih vsaj 100 mio € načrtovanih investicij v prihodnjih 5 letih; • Pričakuje se vsaj 15 novih skupnih projektov partnerjev;

Komponente elektroenergetskega omrežja Razvoj komponent aktivnega elektroenergetskega omrežja za zagotavljanje vključevanja razpršenih virov energije z uporabo novih tehnologij, ki omogočajo nadzor in krmiljenje priključenih virov in bremen.

Adaptivni, energetsko učinkoviti aparati in sistemi za dom Razvoj pametnih, adaptivnih in energetsko učinkovitih aparatov za dom, od kuhalnih, hladilno-zamrzovalnih, pralnih aparatov in toplotne črpalke zrak-voda, ki bodo preko inteligentnega omrežja povezana z elektrodistributerjem.

Energetsko učinkoviti pogonski pretvorniki Razvoj energetsko učinkovitih pogonskih pretvornikov, naprednih elektromotornih pogonov in elektronskih sistemov vodenja naprednih električnih strojev tako za domačo kot industrijsko rabo.

u S t varjanje P odpo R nega okol ja za krepite v IN ovativnega in T ehnološkega potenciala na čezme jnem področju white background

Združujemo čezme jnost in inovativnost: - z identifikacijo inovativnega potenciala - z izborom inovativnih podjetij - s povezovanjem podjetij, raziskovalnih in izobraževalnih institucij - s soust varjanjem razvojnih idej - s pripravo predlogov za izvedbo projektov


Lamele elektromotorjev za hibridna in E-vozila

Statorski in rotorski paketi ter lamele za: • Volanske sisteme • Sisteme hlajenja • Vžigne sisteme • Generatorje • Hibridna in E-vozila • Hybrid & E-Vehicles

Energetsko učinkoviti elektromotorji

• Skladni z uredbo EU direktive 2005/32/EC – razred IE3 • Enofazni motorji s frekvenčnimi pretvorniki za hitrostno regulirane pogone • Ventilatorji z integriranimi el. komutiranimi motorji • Skladni z energijskimi standardi direktive ERP 2009/125/EC

HIDRIA ROTOMATIKA d.o.o. Spodnja Kanomlja 23 5281 Spodnja Idrija Slovenija

T: 05 3756 000 www.hidria.si


POWER ELECTRONICS,TRACTION AND AUXILIARY DRIVES

Power Inductors

DC/DC converters

Output Chokes

On board Quick Chargers or Chargers Traction drives

BL Motor Controllers

Fuel & oil pumps for transmission, lubrication, EHB, EHPS Main and Auxiliary BLDC water pumps

Permanent Magnets

Air-suspension BLDC compressors EPS

Slip Rings

Air-conditioning e-compressors BLDC engine cooling, HVAC

Rotors

Hydraulic pumps Breaking systems (air compressors)

Hybrid Components

Door opening systems (EHA) VVT drives & Cam Shaft

Commutators

Start stop systems

END-APPLICATIONS

e-Marine

e-Scooters

e-Motorcycles

Electric Urban Cars

Electric Cars

Hybrid heavy duty vehicles

Hybrid Vehicles

Internal Combustion Vehicles

COMPONENTS


TECES JE MEDNARODNO PREPOZNAVEN NOSILEC RAZVOJNIH PARTNERSTEV IN KOMPETENTNI PARTNER PRI RAZVOJU VISOKO TEHNOLOŠKO ZAHTEVNIH IZDELKOV IN REŠITEV NA PODROČJU UČINKOVITE RABE ENERGIJE, PRETVORNIKOV ELEKTRIČNE ENERGIJE, ELEKTRIČNIH POGONOV IN MOČNOSTNE ELEKTRONIKE.

TECES JE… …POSREDNIK

…KOORDINATOR

… INŠTITUCIJA ZNANJA

ustanovljen kot povezovalni člen med podjetji in izobraževalnoraziskovalno sfero v Sloveniji

podporno okolje za izvedbo, koordinacijo ter administrativno-finančno podporo lastnih in skupnih projektov partnerjev

lastna RR infrastruktura, znanje in rešitve, vključenost v razvoj novih izdelkov podjetij.

RAZVOJNO-RAZISKOVALNE STORITVE

ORGANIZACIJA STROKOVNIH DOGODKOV

PROJEKTNA PISARNA

inovativne zasnove električnih strojev in aktuatorjev, močnostnih pretvornikov, algoritmov za vodenje elektromotorjev, termično optimiranje konstrukcijskih rešitev in oblikovanje komponent s poudarkom na optimizaciji mehanskih in termodinamičnih lastnosti

organizacija in izvedba strokovno-izobraževalnih dogodkov, posvetov, delavnic ter seminarjev

AKTIVNOSTI svetovanje, vodenje in koordinacija projektov, podpora prijavam na razpise za sofinanciranje investicijskih, razvojnih ali drugih projektov, administrativna in informacijska podpora izvajanja projektov

TECES, Tehnološki center za električne stroje .:. Pobreška cesta 20 .:. SI-2000 Maribor T: + 386 2 333 13 50 .:. F: +386 2 333 13 51 .:. E: info@teces.si .:. W: http://www.teces.si


TECES, Tehnološki center za električne stroje .:. Pobreška cesta 20 .:. SI-2000 Maribor T: + 386 2 333 13 50 .:. F: +386 2 333 13 51 .:. E: info@teces.si .:. W: http://www.teces.si

SNOVANJE

NAČRTOVANJE

PROTOTIP

RAZVOJ PO NAROČILU

SKUPNI PROJEKTI

TECES

TECES

• • • • •

• • • • • •

razume problem razišče področje iznajde rešitev razvije prototip nudi podporo pri industrializaciji izdelka.

REFERENCE Brezsenzorski krmilnik za sinhronski motor s permanentnimi magneti Electronics Control Unit - High Voltage - Belt Alternator Starter Razvoj krmilnega pretvornika in programske kode brezsenzorskega ter senzorskega vodenja asinhronskega motorja Študija izvedljivosti direktnih pogonskih strojev v kolesu in konceptualna zasnova novega motorja Izoliran DC/DC pretvornik za solarni panel in nadzorni modul OffLine Uninterruptible Power Supply Redesign napajalnika

identificira problem in priložnost spodbuja sodelovanje povezuje partnerje aktivno sodeluje najde rešitev nudi podporo izvajanju projekta.

REFERENCE

www.sure.si

KC-SURE Kompetenčni center – Napredni sistemi učinkovite rabe električne energije MESIA - mobilni vir električne energije z integracijo alternativnih virov energije CESLA - Čezmejna implementacija okolju prijaznih ultra-lahkih vozil v Sloveniji in Avstriji SIHFC, Slovenska tehnološka platforma za vodik in gorivne celice TECES-ESRR, Razvoj inovacijskega okolja za računalniško vodene električne pogonske sisteme, aktuatorje in senzorje TEPOS: TECES - Inovacijsko okolje slovenske industrije električnih pogonov HyMIV - Sistem gorivnih celic kot pomožni vir energije za zagotavljanje avtonomnosti vojaških vozil


TECES, Tehnološki center za električne stroje Pobreška cesta 20, SI-2000 Maribor T: + 386 2 333 13 50 .:. F: +386 2 333 13 51 E: info@teces.si .:. W: http://www.teces.si

Profile for Aritmija d.o.o.

SPOT 2012 - Inovativni pretvorniki električne energije  

SPOT 2012 Strokovni POsvet Teces 2012 Inovativni pretvorniki električne energije

SPOT 2012 - Inovativni pretvorniki električne energije  

SPOT 2012 Strokovni POsvet Teces 2012 Inovativni pretvorniki električne energije

Profile for aritmija
Advertisement