M/aux Ingeborg CMS Colombo Express (kuva Hapag-Lloyd) Windlift I (kuva Bard-Gruppe) Kestomagneettiteknologia tahtikonekäytöissä Mikko Valtonen
Johdanto Kestomagneettikoneen roottorin magnetointi tapahtuu kestomagneeteilla Tarkan säädön saa yleensä tehtyä helpommin PM-koneelle kuin epätahtikoneelle Kestomagneettikoneet soveltuvat erityisen hyvin hidaskäyntisiin sovelluksiin Suoravetoinen rakenne, ei vaihdelaatikkoa Tilasäästöt, säästöjä huolloissa, korkea hyötysuhde myös matalilla pyörimisnopeuksilla Soveltuvat myös stand-alone käyttökohteisiin Ei tarvita sähköverkkoa tuottamaan magnetointia Ei tarvita magnetointikäämitystä 2
Radiaalivuokone 3
Aksiaalivuokoneet 4
VEM:n kestomagneettiroottori 5
Perustuu VEM:n standardimoottoriin Laipat, tassut Jarrut Vierastuulettimet Laakeroinnit Absoluuttianturit Pulssianturit Lämpötilavalvonta PT-100, PTC-anturit 6
Kestomagneettimoottoreiden Demagnetointi Terminen mitoitus Demagnetoiva kenttä / oikosulkutilanne Korroosio Moottorikäytössä tyypillisesti Epm ~0.95xUn Rajat Mitoitusmarginaali kentänheikennykselle ~20 30 % Jos 400 V käyttö, taajuusmuuttaja kestää tyypillisesti ~480 V, voidaan toimia ~20 % yli nimellisnopeuden Pitkät lämpöaikavakiot, 1 min, 150 % ylivirta ei ole ongelma Ryntäys Huolto Jännitteen valinta Isot koneet hankalia Käämikierrosten lkm rajoittava tekijä 7
Kestomagneettimoottoreiden mitoitus / FEA 8
Epätahtikone vs. PM-kone Epätahtikoneen ja kestomagneettitahtikoneen välinen käyttäytyminen P IRON P FRICTION P INPUT P ROTOR P OUTPUT P WINDING P LL Reunaehdot P out = 55 kw, 2p = 4, yhtenevät B ρ, B t ja B y, samat J s vakio U/f-suhde 9
Epätahtikone vs. PM-kone Roottorissa ei synny Cu-häviöitä, koska roottorissa ei tarvita magnetointivirtaa. ti i t PM-kone toimii useimmiten korkealla tehokertoimella => alhaiset Cu-häviöt Kestomagneettimoottoreiden napaluku on usein suurempi kuin epätahtimoottoreissa. Kun napoja on paljon, ilmavälihalkaisijaa voidaan kasvattaa. Vääntömomentti kasvaa ilmavälihalkaisijan kasvaessa => samasta tilavuudesta suurempi teho. Jos PMSM koneen käämien päädyt tehdään lyhyemmiksi (murtovakokäämityt koneet), resistanssi pienenee => kuparihäviöt voivat olla hieman alhaisemmat kuin epätahtikoneissa 10
Käyttökohteita 11
VEM kestomagneettimoottorit Hyötysuhdeoptimoitu PE1R Tehoalue 009 0.09-90 kw 750-3000 rpm Vääntömomentti 0.6-860 Nm Runkokoot 56-315 IP55 / 155 [F/B] Momenttioptimoitu P21F Vierastuuletettu IC416 Tehoalue 13 471 kw 220 600 rpm Vääntömomentti 573 7500 Nm Runkokoot 225-315 IP55 / 155 [F/B] Teho-optimoitu P21R Tehoalue 025 0.25-75 kw 500-3000 rpm Vääntömomentti 1.2 716 Nm Runkokoot 56-280 IP55 / 155 [F/B] Momenttioptimoitu P21B Nestejäähdytteinen IC 31W Tehoalue 19.8 213.6 kw 220 600 rpm Vääntömomentti 860 3400 Nm Runkokoot 225-315 IP 55 / 155 [F/B] 12
NdFeB tuotanto 13
NdFeB-materiaalin hintakehitys 14
NdFeB materiaali 15
Moottorityypin valinta VSD / vakionopeuskäyttö? Jos VSD niin PMSM järkevä, muutoin IM PMSM vaatii vektoriohjatun taajuusmuuttajan Onko tarvetta kentänheikennykselle? pintamagneetit / uppomagneetit Käyttötapa ja pyörimisnopeus Ympäristö Suorituskriteerit Fyysiset rajoitteet 16
PM-moottorin säätö 17
Lähteet ABB, teknisiä tietoja ja taulukoita Concentrated winding multiphase permanent magnet machines desing and electromagnetic properties case axial flux machine, Hanne Jussila Desing of axial-flux premanent magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines, Asko Parviainen Magnews, Transforming Electromagnetic Desing NEOREM magnets myötätuulessa Permanent magnet synchronous motors for inverter operation, VEM Production information low voltage motors Report of toyota/prius motor torque capability, torque property, no-load back-emf, and mechinal losses revised may 2007, Mitch Olszewski VALMET AUTOMOTIVE, A message of Valmet Automotive, service provider for automotive industry www.neorem.fi www.ktmagnet.com 18
Energiansäästöjä mahdollista saavuttaa monin keinoin