A gerjesztés eredő hatásfokának meghatározása

In document MTA Doktori Értekezés Váltakozóáramú villamos hajtások hálózatcsatlakozási tulajdonságainak optimalizálása (Pldal 65-70)

Az 1. tézishez kapcsolódó saját publikációk

1.4. Szinkrongép kefenélküli gerjesztőjének táplálása feszültségszabályozón keresztül

1.4.4. A gerjesztés eredő hatásfokának meghatározása

Meghatároztam a gerjesztő-rendszer eredő hatásfokát befolyásoló tényezőket.

Kiadódott, hogy a nagyobb szlip adja a nagyobb eredő hatásfokot. Ennek oka az, hogy nagyobb szlipnél a gerjesztési teljesítmény nagyobb része származik a lényegesen nagyobb teljesítményű és tipikusan sokkal jobb hatásfokú szinkrongépből.

Ha elhanyagoljuk a gerjesztő-gépben a rotorkör belső veszteségét, akkor a Pex>0 gerjesztő-teljesítmény megegyezik a Pr rotorköri teljesítménnyel és így kiszámítható a gerjesztő-gép Pa légrés és Pm mechanikai teljesítményéből is:

.

1.4. Szinkrongép kefenélküli gerjesztőjének táplálása feszültségszabályozón keresztül fedeződik, a gerjesztő-gép tulajdonképpen ellenáramú féküzem van. A maximális fordulatszámhoz tartozó maximális szlipnél, Smax=2 feltételezéssel Pex fele-fele arányban fedeződik a hálózatból és a tengelyről.

Mivel a gerjesztési teljesítménynek két forrása van, mindkettőnek van hatása a gerjesztés eredő hatásfokára. Az E gerjesztő-gép és az EC gerjesztési áramirányító (szaggató) hatásfoka legyen ηE, a szinkrongép és táplálásának hatásfoka pedig ηSM. Mivel szinkrongép teljesítménye lényegesen nagyobb a gerjesztésénél, hatásfoka is sokkal jobb (pl. ηE=0,82;

ηSM=0,95).

Ha a szaggató bemenő teljesítménye PE, és a szinkrongép gerjesztésre használt bemenő teljesítménye PSM, a következő összefüggések írhatók:

S

Kifejezve a gerjesztés eredő hatásfokát, az szlipfüggőre adódik:

( )

E

1.4.21. ábra. A gerjesztés eredő hatásfoka a szlip függvényében.

Minél nagyobb a szlip, annál nagyobb a hatásfok. Ez érthető, hiszen nagyobb szlipnél a gerjesztési teljesítmény nagyobb része származik a jobb hatásfokú szinkrongépből.

0.81

2. tézis

Összefoglalás az 1.4. fejezethez: 2. tézis (Kefenélküli gerjesztő) Rövid kifejtés:

Kidolgoztam a forgótranszformátoros kefenélküli gerjesztő táplálásának optimalizálási lehetőségeit. a) Járulékos veszteségek: Egyszerűsített modell megalkotásával kiszámoltam a tirisztoros szaggatós táplálás járulékos veszteségeit. Azt egy kidolgozott pontos számítási modell és módszer segítségével ellenőriztem és pontosítottam. Összehasonlítottam az IGBT-s változattal, ami alapján az IGBT-s javasolt. Tisztáztam az áram felharmonikusok szuperpozíciójának hatását.

b) Optimalizálás: Kidolgoztam az ISZM vezérlésű IGBT-s szaggatóról táplált kefenélküli gerjesztő optimalizálását a gerjesztő-gép kihasználtsága szempontjából. A kifejlesztett vizsgálati módszerek alkalmazásával a gerjesztő-gép optimális kihasználását biztosító illesztési szabályt dolgoztam ki a gép és a szinkrongép gerjesztő-körének paramétereire. Hatékony mérőszámokat vezettem be a munkapontok minősítésére. Az eredményeket egyéb hasonló rendszerekre is általánosítottam.

Meghatároztam a gerjesztő-rendszer eredő hatásfokát befolyásoló tényezőket.

Részletes kifejtés:

Kidolgoztam a forgótranszformátoros kefenélküli gerjesztő táplálásának optimalizálási lehetőségeit, amelyhez a következő modelleket, eszközöket és elveket dolgoztam ki, és azokkal a következő új eredményekre jutottam:

2a. Járulékos veszteségek:

Egyszerűsített modellt alkottam a tirisztoros szaggatós táplálás járulékos veszteségeinek számítására, felhasználva a klasszikus áramirányító elméletet. A vizsgálatok csak a gerjesztőgép veszteségeire vonatkoznak. Kiadódott a várt eredmény, hogy a tirisztoros szaggatós táplálás járulékos vesztesége nagyobb az IGBT-s szaggatós táplálásénál, a mérték tisztázása az új eredmény. Az IGBT-s változat alkalmazása javasolt. [1.4-S6]

(1.4.2.1. fejezet)

Pontos számítási módszert dolgoztam ki tirisztoros szaggatós táplálás működésének számítására diszkrét, periodikus megoldást adó fordulatszámokon. Megfelelő modell és módszer megalkotásával kiszámolom az áramok időfüggvényeit és azokból a járulékos veszteségeket. A számítási eredményekből a járulékos veszteségek pontosabb értéke kapható, a közelítő számítás eredményei és közelítésének jósága ellenőrizhetők és pontosíthatók. [1.4-S7] (1.4.2.2. fejezet)

A pontos számítás eredményeit összehasonlítva a közelítő számítás eredményeivel, tisztáztam az áram felharmonikusok szuperpozíciójának hatását: Mivel a járulékos veszteségek szempontjából az azonos frekvenciájú felharmonikusokat vektorosan kell szuperponálni, azok erősíthetik és gyengíthetik is egymást. [1.4-S7] (1.4.2.2. fejezet) 2b. Optimalizálás a kihasználtság szempontjából:

Kidolgoztam az ISZM vezérlésű IGBT-s szaggatóról táplált kefenélküli gerjesztő optimalizálását a gerjesztő-gép kihasználtsága szempontjából. A kifejlesztett vizsgálati módszerek alkalmazásával a gerjesztő-gép optimális kihasználását biztosító illesztési szabályt dolgoztam ki a gerjesztő-gép és a szinkrongép gerjesztő-körének paramétereire. Hatékony mérőszámokat vezettem be a munkapontok minősítésére.

Kimutattam, hogy optimum csak egy Si szlipre lehetséges. Módszert dolgoztam ki adott szlip-tartományra átlagosan optimális Si érték választására. A szlip változása gyakorlatilag a diódás híd tápláló feszültségének és frekvenciájának változását eredményezi. A kidolgozott elvek általánosíthatók minden olyan esetre, amikor egy

2. tézis

áramgenerátoros egyenkörű diódás híd változó és változtatható nagyságú és változó frekvenciájú feszültséggel van táplálva. [1.4-S2], [1.4-S4], [1.4-S8], [1.4-S9]

(1.4.3. fejezet)

Meghatároztam a gerjesztő-rendszer eredő hatásfokát befolyásoló tényezőket.

Kiadódott, hogy a nagyobb szlip adja a nagyobb eredő hatásfokot. Ennek oka az, hogy nagyobb szlipnél a gerjesztési teljesítmény nagyobb része származik a lényegesen nagyobb teljesítményű és tipikusan sokkal jobb hatásfokú szinkrongépből. [1.4-S9]

(1.4.4. fejezet)

Irodalomjegyzék az 1.4. fejezethez Irodalmi előzmények

[1.4-1] Hunyár, M.: Aszinkronmotorok vezérlése primer oldali antiparalel kapcsolású tirisztorpárokkal, Elektrotechnika, 63. évf. 5-6. szám, pp189-200. (1970)

[1.4-2] Hunyár, M.: Váltakozóáramú szaggató kapcsolásokról táplált háromfázisú aszinkronmotorok állandósult tranziens állapota, Kandidátusi értekezés Budapest, (1976)

[1.4-3] Lipcsei, L.: Brushless turbogenerators, GANZ Electric Review. No. 18. pp1-4.

(1980)

[1.4-4] Lázár, J.: Park–vector theory of line-commutated tree-phase bridge converters.

ISBN 9635927274. OMIKK PUBLISHER. Budapest. p94. (1987)

[1.4-5] Galasso, G.: Adjustable speed synchronous motors for gas compressors of Falconara plant, in Proc. of International Conference on Electrical Machines ICEM’88, vol.

Appendix pp29-34. (1988)

[1.4-6] Karttunen, S.-Arkkio, A.-Tellinen, J.-Mantere, J.-Varis, J.-Westerlund, J.: Rotary transformer for the excitation of synchronous machines, in Proc. of Int. Conf.

ICEM’98. Istanbul. Vol.2. pp1066-1070. (1998)

[1.4-7] Zouaghi, T.-Poloujadoff, M.: Modeling of polyphase brushless exciter behavior for failing diode operation, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.13, Issue 3, pp214–220. Sept. (1998)

[1.4-8] Rasouli, M.-Karrari, M.: Nonlinear Identification of a Brushless Excitation System Via Field Tests, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.19, No.4, pp733-740.

December (2004)

[1.4-9] Kjaer, P.C.-Kjellqvist, T.-Delaloye, C.: Estimation of field current in vector-controlled synchronous machine variable-speed drives employing brushless asynchronous exciters, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.41, Issue 3, pp834 – 840. May-June (2005)

[1.4-10] Aliprantis, D.C.-Sudhoff, S.D.-Kuhn, B.T.: A Brushless Exciter Model Incorporating Multiple Rectifier Modes and Preisach’s Hysteresis Theory, IEEE Transactions on Energy Conversion,, Vol.21, No.1, pp136-147. March (2006)

2. tézis

A 2. tézishez kapcsolódó saját publikációk Könyv:

[1.4-S1] Hunyár, M.-Kovács, K.-Németh, K.-Schmidt, I.-Veszprémi, K.: Energiatakarékos és hálózatbarát villamos hajtások, Egyetemi tankönyv, ISBN 963 420 569 0.

Műegyetemi Kiadó, Budapest, p490. (1997) Folyóirat:

[1.4-S2] Schmidt, I.-Veszprémi, K.-Hunyár, M.: Szinkrongép forgó transzformátoros kefenélküli gerjesztőjének optimális üzeme, ELEKTROTECHNIKA (BUDAPEST), 94:(11), pp368-371. (2001)

[1.4-S3] Hunyár, M.-Veszprémi, K.: Pulse width modulated IGBT AC chopper, Periodica Politechnica-Electrical Engineering, 45:(3-4), pp159-178. (2001)

[1.4-S4] Veszprémi, K.: Extending the Optimization of the Rotating Transformer Brushless Excitation to All Rectifier Modes, ELECTRICAL ENGINEERING (Archive für Elektrotechnik) (IF=0,068) (BERLIN), Springer-Verlag, 90: (8), pp559-567. (2009) Konferencia cikk:

[1.4-S5] Veszprémi, K.-Hunyár, M.: New Application Fields of the PWM IGBT AC Chopper, Proc of the 8th IEE International Conference on Power Electronics and Variable Speed Drives, PEVD'2000, London, Egyesült Királyság, pp46-51. (2000)

[1.4-S6] Veszprémi, K.-Hunyár, M.-Schmidt, I.: PWM AC chopper - Ready for higher power applications, Proc of the IEEE Porto Power Tech, Porto, Portugália, Session TCM3, Paper No. 246. vol.4. p6. ISBN 0-7803-7140-2, (2001)

[1.4-S7] Veszprémi, K.-Hunyár, M.-Schmidt, I.: Novel Brushless Excitation System of Synchronous Machines Using PWM AC Chopper, CD-ROM Proc. of the International Conference on Electrical Machines, ICEM'2002. Brugge, Belgium, Paper 439. ISBN 90-76019-18-5, CD p6, (2002)

[1.4-S8] Veszprémi, K.-Schmidt, I.-Hunyár, M.: Optimal operation of the rotating transformer brushless excitation of synchronous machine, Proc. of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE'03, Rio de Janeiro, Brazília, vol.1. pp627-632. (2003)

[1.4-S9] Veszprémi, K.: Comprehensive Optimizationof Brusshless Excitation of Synchronous Machine, Proc of the 30th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, IECON’04, Busan, Dél-Korea, pp1327-1332. (2004)

A 2. tézishez kapcsolódó saját publikációkra történt független hivatkozások összesített száma: 23

In document MTA Doktori Értekezés Váltakozóáramú villamos hajtások hálózatcsatlakozási tulajdonságainak optimalizálása (Pldal 65-70)