FORSKNING: Børsteløse generatorer i kraftverk skal gi mindre slitasje

[Redaksjonen.]

Slik kan norsk energiproduksjon bli mer effektiv og konkurransedyktig.

FORSKNING: Børsteløse generatorer i kraftverk skal gi mindre slitasje

[1P4XZQB7]

Kan være greit å nevne at selv om disse tradisjonelle kraftverksgeneratorene har børster, så har de ikke kommutator. I likhet med synkronmotoren har de derimot uavbrutte sleperinger, i flertall. Noe som tillater disse børstene leve vesentlig lengre som hva tilfellet er for børstene i DC motoren og/eller Universialmotoren med nettopp kommutator. Og nei, Kulberg, de aller fleste husholdningsmaskiner har dessverre fortsatt universialmotor, fra tannbørsten til støvsuger. Mer kostbare vaskemaskiner og batteridriller er unntaket.

 

Men det er kjekt å se at noen faktisk har gjennomført hva jeg lenge har lurt på må være mulig. Altså børsteløs eksitering av rotor, med kraftelektronikk (likeretter + regulator) montert rett på rotor.

 

Skjønt, jeg har mer tenkt denne tanken rundt induksjonsmotoren, der man istedet ønsker regulere impedansen i rotoren for derigjennom kunne tilpasse dreiemomentkurven. Slik jeg forstår saken så er det mest avanserte i dag å benytte dobbel dybde med viklinger(bur) på rotor, den ene med høy impedans, den andre med lav. Med kraftelektronikk rett på rotor burde det istedet være mulig å choppe strømmen i rotorviklingene(-buret,) som sammen med induktansen i rotor i praksis gir kontinuerlig variabel impedans.

 

Bare at når man først begynner lete etter "Brushless exitation" så finner man jo at dette ikke er spesielt nytt...

Endret 5. mai 2017 av 1P4XZQB7

[threeeyes]

Argumentet til design av miksmakser og en kraftgenerator er feil. Motor vs generator, yikes! 500 watt versus 500 megawatt, yikes!

 

Ting har lett for å virke logiskt riktig uten tilstrekkelig med kunnskaper. et dynamo hadde vært mer korrekt, men det er lurt å være forsiktig med å ekstrapolere argumenter. (sirkulær logikk)

 

Det er mer viktig med lineær kraft hos en generator mens en miksmaksermotor bør ha lik dreiemoment under ulik belasting. Noe som desverre ofte ikke er, motorer/elektronikk koster penger, så det blir universialmotor/dc-motorer, og elektronikken i den er en tragedie.

 

Jeg vil tro at en børsteløs generator ville vært mer nyttige hos steder med begrenset vanntilførsel, det hadde vært kult å få full kraft med lite vannstrømning, da sparer det vassmiljøet. Kanskje litt feil å trekke inn miljøvern nå?

[JonasNoeland]

Hei!

 

Uavbrutte sleperinger er et bra poeng! En ytterligere påføring av gullbelegg på sleperingene har vist å redusere noe av problematikken rundt børster i noen enkelte kraftverk. Det er kostbart, men reduserer fortsatt noe av det periodiske vedlikeholdet. Dette arbeidet har testet ut teknologigrensene for børsteløs magnetisering. Og det er flere grunner til det.

 

Det viser seg at det nye børsteløse systemet som er utforsket her har andre fordeler også. Generatorens transiente stabilitet (eller Fault Ride-Through capability) har tidligere blitt forbedret med økning av generatorens treghetsmoment eller styrking av nettets kortslutningsytelse. Det viser seg at det nye børsteløse systemet er en billig alternativ metode for å styrke FRT-kapabiliteten. Man får en feltforsterknings-funksjonalitet (excitation booster) fordi man slipper unna det konvensjonelle statiske systemets sensitivitetsproblem til nettspenningen under spenningsdipper.

 

Angående børsteløs blender, så var det et poeng Kulberg brukte for å gjøre presentasjonen av forskningen mer hverdagsnær for leseren. Dette er ikke en IEEE journal artikkel. Børsteløse DC-maskiner har gjort sitt inntog i laveffekts motorapplikasjoner, men sant som du sier angående universalmotoren.

 

Kult å høre at du har tenkt på dette lenge! Det var faktiske forelsått allerede på 1970-tallet, lenge før jeg selv ble født. Dette prosjektet er et direkte resultat av digitaliseringen av magnetiseringsutrustningen, som gjorde trådløs styring av komponenter i rotor mulig. Jeg vil si prosjektet er et godt eksempel på hva som skjer med gammel teknologi i den fjerde teknologiste revolusjon, som vi nå er midt inne i.

 

Bra poeng med asynkronmaskinen! Sant at det er mulig å endre rotor-impedansen. Innenfor vindkraft og i variabelt turtall-applikasjoner for vannkraft har den dobbelt-matede asynkronmaskinen blitt brukt. Ved å mate inn spenninger i rotor med frekvensomformer med frekvens som matcher rotor-frekvensen, har man kunnet oppnå en fleksibel momentkurve for asynkronmaskinen, noe som er meget essensielt i en variabelt turtall-appliaskon som vindkraft, hvor man ønsker å få maksimalt ut av vinden ved å holde turbin-tupp-hastighet/vindhastighets forholdet konstant. Se: http://web.mit.edu/kirtley/binlustuff/literature/wind%20turbine%20sys/DFIGinWindTurbine.pdf

 

Helt riktig at mye av kjerneteknologien i dette ikke er spesielt nytt. Permanentmagnetiserte statorer finnes allerede i hybrid-magnetiseringer for motor-applikasjoner. Men ingen har noen gang gjort det på den måten som er konstruert her.

 

Ta en titt på den tilhørende doktorgradsavhandlingen hvis du er interessert: http://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1082796&dswid=-1852

 

Gir gjerne svar på ytterligere spørsmål eller innvendinger!

 

Kan være greit å nevne at selv om disse tradisjonelle kraftverksgeneratorene har børster, så har de ikke kommutator. I likhet med synkronmotoren har de derimot uavbrutte sleperinger, i flertall. Noe som tillater disse børstene leve vesentlig lengre som hva tilfellet er for børstene i DC motoren og/eller Universialmotoren med nettopp kommutator. Og nei, Kulberg, de aller fleste husholdningsmaskiner har dessverre fortsatt universialmotor, fra tannbørsten til støvsuger. Mer kostbare vaskemaskiner og batteridriller er unntaket.

 

Men det er kjekt å se at noen faktisk har gjennomført hva jeg lenge har lurt på må være mulig. Altså børsteløs eksitering av rotor, med kraftelektronikk (likeretter + regulator) montert rett på rotor.

 

Skjønt, jeg har mer tenkt denne tanken rundt induksjonsmotoren, der man istedet ønsker regulere impedansen i rotoren for derigjennom kunne tilpasse dreiemomentkurven. Slik jeg forstår saken så er det mest avanserte i dag å benytte dobbel dybde med viklinger(bur) på rotor, den ene med høy impedans, den andre med lav. Med kraftelektronikk rett på rotor burde det istedet være mulig å choppe strømmen i rotorviklingene(-buret,) som sammen med induktansen i rotor i praksis gir kontinuerlig variabel impedans.

 

Bare at når man først begynner lete etter "Brushless exitation" så finner man jo at dette ikke er spesielt nytt...

Endret 7. mai 2017 av JonasNoeland

[1P4XZQB7]

Kult å høre at du har tenkt på dette lenge! Det var faktiske forelsått allerede på 1970-tallet, lenge før jeg selv ble født. Dette prosjektet er et direkte resultat av digitaliseringen av magnetiseringsutrustningen, som gjorde trådløs styring av komponenter i rotor mulig. Jeg vil si prosjektet er et godt eksempel på hva som skjer med gammel teknologi i den fjerde teknologiste revolusjon, som vi nå er midt inne i.

 

Tok meg litt tid å titte på denne dobbelt matede induksjonsgeneratoren du taler om lenger ned. Jeg skal åpenbart ikke begi meg ut på en diskusjon med deg om konstruksjon av generatorer, men jeg føler likevel (mot bedre vitende) en viss trang til å komme med et tåpelig Star Wars sitat rundt din fjerde teknologiske revolusjon. Beklager. 

 

 

Hva jeg prøver få frem er at jeg ikke helt ser hva den pågående digitalisering av all ting har med saken å gjøre - generatortopologi som dette kommer ned til elektromagnetisme og (analog) reguleringsteknikk. Riktignok ble eksempelvis det første magnetiske oppheng/lager (som brukt i Zippe sentifuger) patentert allerede i 1946, uten at teknikken ble praktisk gjennomførbar før kraftelektronikken ble moden på 70-tallet. Men disse børsteløse generatorene vi her snakker om er da ikke avhengig av mer som presis samme 70-talls elektronikk.

 

Bra poeng med asynkronmaskinen! Sant at det er mulig å endre otor-impedansen. Innenfor vindkraft og i variabelt turtall-applikasjoner for vannkraft har den dobbelt-matede asynkronmaskinen blitt brukt. Ved å mate inn spenninger i rotor med frekvensomformer med frekvens som matcher rotor-frekvensen, har man kunnet oppnå en fleksibel momentkurve for asynkronmaskinen, noe som er meget essensielt i en variabelt turtall-appliaskon som vindkraft, hvor man ønsker å få maksimalt ut av vinden ved å holde turbin-tupp-hastighet/vindhastighets forholdet konstant.

 

Som sagt, måtte lete opp disse dobbelt matede induksjonsgeneratorene, fortrinnsvis de børsteløse variantene. Fant etterhvert en oversiktlig prinsippskisse på varianten med børster og tre sleperinger:

 

 

 

Føler dog at denne maskinen har fått et noe misvisende navn - er rotor aktivt eksitert utenfra slik som her, så er jo dette ikke lenger en induksjonsmaskin. Det er nærmere en synkrongenerator på stereoider. En synkrongenerator med virtualisert rotorfelt. I retroperspektiv er jo en slik topologi åpenbar, men jeg kan ærlig innrømme ikke ha tenkt tanken.

 

Nor-Sør av statorfeltet i en iduksjonsmotor roterer som kjent som vektorsummen fra de tre viklingene, synkront med frekevnsen til trefasen som mater saken. Her har man vrengt den topologien ut-inn og i stedet plassert de tre viklingene på rotoren til synkrongeneratoren. Som igjen tillater regulatoren (frekvensomformeren) justere rotasjonshastigheten på rotorfeltet mer eller mindre uavhengig av turtallet på akslingen. Lett genialt, når man ønsker fast 50Hz ut av stator, uavhengig av rotorturtall. 

 

 

 

Men som nevnt før så tekte jeg mer på mindre asynkronmotorer. Strømmen i rotor blir i dette tilfellet indusert av det roterende statorfeltet, og man ønsker regulere hvor lett denne strømmen får sirkulere i kortslutningsburet. Nå sirkulerer der allerede strøm der, og denne strømmen kan tappes til å strømforsyne kraftelektronikken. Altså ingen grunn til å slenge på noen børsteløs strømforsyning eksternt til motoren. Man må imidlertid fortsatt kunne signalere med kraftelektronikken utenfra, og da er din enkle løsning med ISM sendere helt greit. Signaleringen lar seg sikkert også modulere oppå statorfeltet, og svaret kan muligens lastmoduleres, type RFID. Kraftelektronikken kan uansett løsning instrueres til å regulere hvor mye strøm kortslutningsburet faktisk får, vel, kortslutte.

 

Har med det enten liret av meg noe som kunne vist seg patenterbart, eller alternativt rendyrket vås. Eller funnet opp hjulet på nytt. I så fall ikke første gang. 

Endret 11. mai 2017 av 1P4XZQB7