Augsti enerģētiskā elektriskā dzinēja izstrādāšana, neizmantojot retzemju metālus, Nr.1.1.1.2/VIAA/1/16/A/173

logo post doc

Fizikālās enerģētikas institūts 2018.gada 1.janvārī uzsāka īstenot Eiropas Reģionālās attīstības fonda līdzfinansētās darbības programmas "Izaugsme un nodarbinātība" 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa "Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā" 1.1.1.2. pasākuma "Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts" pētniecības projektu “Augsti enerģētiskā elektriskā dzinēja izstrādāšana, neizmantojot retzemju metālus"   Nr.1.1.1.2/VIAA/1/16/A/173.

Pētniecības projekta pēcdoktorants Dr.sc.ing. Svetlana Orlova. 

Pētniecības projekta zinātniskais konsultants Dr.habil. sc. ing. V.Pugačevs.

Projekta mērķis ir attīstīt jaunās zinātnieces prasmes, palielināt jauno zinātnieku skaitu institūcijā, saglabāt un attīstīt esošo zinātnisko bāzi. Projektā ietvaros tiks veikti tīklošanas pasākumi, dalība konferencēs, dalība apmācību semināros, rakstu publicēšanā zinātniskajos žurnālos.

Pētniecības pieteikuma aktivitātes:

  1. Informācijas vākšana.
  2. Sinhronā reaktīvā dzinēja rotora konstrukcijas optimizācija.
  3. Dzīves cikla vides un izmaksu analīze.
  4. Prototipa izgatavošana un eksperimentālie pētījumi.
  5. Rezultātu analīze.

Pētniecības pieteikuma iznākuma rādītāji:

  • Zinātniskās publikācijas – 3;
  • Konferenču referāti – 2;
  • Patents – 1;
  • Apraksts – 4;
  • Metodika – 1;
  • Izveidoto pēcdoktorantu amata vietu skaits pilna laika darba laika ekvivalenta izteiksmē – 1;
  • Jauno produktu un tehnoloģiju skaits, kas ir komercializējami – 1;
  • Piesaistītās privātās investīcijas - EUR 6690;
  • Komersantu skaits, kuri sadarbojas ar pētniecības institūcijām – 2.


1. aktivitāte. Informācijas vākšana.

Šī pārskata perioda ietvaros tika veikta zinātniskās, tehniskās un patentu informācijas par sinhroniem reaktīviem dzinējiem vākšana un sintēze. Zinātniskā un tehniskā pieeja pēc nesen veiktās informācijas meklēšanas un izpētes (internets, specializētā un zinātniskā literatūra, patentu datu bāzes). Pārskata periodā definēts uzdevums un veikti sagatavošanas darbi nākamajām aktivitātēm.  Saskaņā ar zinātnisko, tehnisko un patentu informāciju tika sagatavots eksistējošās problēmas apraksts.

2. aktivitāte. Sinhronā reaktīvā dzinēja rotora konstrukcijas optimizācija.

Šajā pārskata periodā tika veikta magnētiskās ķēdēs parametru optimizācija, pamatojoties uz elektromagnētiskiem aprēķiniem mašīnas šķērsgriezumā. Mašīnas optimālā konstrukcija ir atkarīga no vairākiem faktoriem, kas raksturo elektromagnētisko iekārtu darbību. Ņemot vērā šos faktorus, var noformulēt šādus optimizācijas kritērijus: elektromagnētiskie rādītāji, siltuma rādītāji, masas un gabarītu rādītāji, ražošanas un remonta izmaksas.

Šajā darba etapā tika veikti elektromagnētiska lauka aprēķini 10kW sinhronajam dzinējam. Mašīnai ir četri poli, ar 36 zobiem uz statora. Aprēķini tika veikti dažādām rotora konstrukcijām: rotors ar izvirzītiem poliem (salient pole), aksiāli slāņotais rotors (with axially laminated rotor) ar magnētiski izolētiem poliem. Veikta salīdzinoša sinhrono reaktīvo dzinēju konstrukcijas analīze pēc maksimālā momenta.

Pārskata periodā tika nopublicēts raksts: Rassõlkin A., Kallaste A., Orlova S., Gevorkov L., Vaimann T., Belahcen A. Active zone of permanent magnet synchronous machine with non-overlapping concentrated winding. // Latv. J. Phys. Tech. Sci. - Nr.4 (2018), pp. 13-23 (SCOPUS DOI: DOI: 10.2478/lpts-2018-0024); Researchgate Link.

Šajā rakstā aplūkotas pašreizējās pārmaiņas elektrisko mašīnu pārstrādē. Galvenā uzmanība tiek vērsta trim dzinēju tipiem: sinhronais pārslēdzamais dzinējs, sinhronais pārslēdzamais dzinējs ar pastāvīgiem magnētiem un asinhronais dzinējs. Tiek aprakstītas šo mašīnu galvenie materiāli. Atsevisķi tiek apskatīti retzemju pastāvīgie magnēti. Turklāt tiek apspriestas izjaukšanas un pārstrādes iespējas.

Pārskata perioda tika veikts sinhronā reaktīva dzinēja rotora konstrukcijas pētījums. Tika pētīta rotora ģeometrijas parametru ietekme uz mašīnas d-ass un q-ass induktīvo pretestību, un tiek panākta optimāla konstrukcijas parametru kombinācija, lai uzlabotu xq/xd attiecību, gan arī mašīnas izejas parametrus. Darbā tika izpētītas trīs rotora konstrukcijas ar izvirzītajiem poliem, ar magnētiski izolētiem poliem un ar transversāli slāņainu anizotropiju.

Pārskatā perioda tika pabeigts un iesniegts Patentu valdei patenta pieteikums “Sinhronais reaktīvais dzinējs”, izgudrojums attiecas uz elektrotehnikas jomu, bet precīzāk -  uz bezkontakta sinhrono elektrisko mazas un vidējas jaudas mašīnu jomu. Izgudrojuma mērķis – reaktīvā dzinēja īpatnējā momenta paaugstināšana. Patenta nosaukums: “Sinhronais reaktīvais dzinējs”, Patenta pieteikuma numurs no P-19-05 no 16.01.19.

Pārskata periodā tika parakstīts līgums ar sadarbības partneriem Igaunijā - Tallinas Tehnoloģiju universitāti un Somijā Aalto University. Tiek plānots, ka sadarbības partneri sniegs nepieciešamās konsultācijas dzinēja izstrādāšanas jomā, kā arī palīdzēs dzinēja eksperimentālajos pētījumos. Sadarbības līguma ietvaros tiks veikti tīklošanas braucieni. Pirmais brauciens jau norisa martā, ka arī maijā sākumā norisa TalTech  pētnieku vizīte Fizikālās enerģētikas institūtā un kopīgs Rīgas elektromašīnbūves rūpnīcas apmeklējums. Rūpnīcas apmeklējuma laikā bija iespēja iepazīties ar rūpnīcas cehiem un ražotās produkcijas klāstu. Pārskata perioda

Pārskata periodā notika komandējums uz elektrisko mašīnu, tinumu un magnētu ražotāju izstādi CWIEME, kas norisa 2019.gada 23.-25. maijā, Berlīnē. Komandējuma mērķis bija iepazīties ar esošajām aktuālajām  tehnoloģijām elektrisko mašīnu ražošanas jomā.

Šajā pārskata periodā tika veikti noslēguma darbi 2. aktivitātes ietvaros. Sinhronā reaktīvā dzinēja rotora konstrukcijas optimizācija. Tika sagatavota metodika SRD optimālas konstrukcijas modelēšanai.

3. aktivitāte. Dzīves cikla vides un izmaksu analīze. 

Dzīves cikla analīze (DCA) ir svarīga procedūra, kas palīdz novērtēt elektriskās mašīnas ietekmi uz vidi. DCA ir līdzeklis, kas dod iespēju aprēķināt ekoloģisko ietekmi – no šūpuļa līdz kapam - sākot ar izejvielas ieguvi, ražošanu, transportu, mārketingu, izmantošanu un pārstrādi. Galvenos dzīves cikla analīzes principus noteikusi Starptautiskā standartizācijas organizācija: ISO 14040 un ISO 14044 [8-9]. Dzīves cikla izmaksu analīze (DCIA) ir process, lai novērtētu produkta ekonomisko pienesumu dzīves cikla gaitā. Bieži vien, lai veiktu tehniski ekonomisko novērtējumu un izanalizētu atmaksāšanās periodu, izmanto produkta cenu, neņemot vērā, ka cena ir tikai 30% no kopējām izmaksām, sākot no iepirkšanas brīža līdz utilizācijai. Iekārta, kura tiek nopirkta lētāk, var būt dārgāka izmantošanas laikā, nekā dārgs, bet uzticams analogs. Dzīves cikla izmaksu analyze ietver sekojošus komponentus: izejvielas cena, izgatavošanas izmaksas, enerģijas un izmantošana izmaksas. DCIA ir lietderīgs instruments, lai salīdzinātu dažādas mašīnas konstrukcijas un lai iegūtu labāko risinājumu.

Pārskata periodā tika prezentēts referāts konferencē “21st European Conference on Power Electronics and Applications, kas notiks no 02.09.2019. līdz 06.09.2019., Dženova, Itālija. Darbs ir sagatavots kopā ar sadarbības partnera Tallinas Tehniskas Universitātes (TalTech) vadošajiem pētniekiem. Zinātniskais raksts tiks nopublicēts  SCOPUS un IEEE Xplore datu bāzēs. Raksta nosaukums: Orlova S., Pugachov V. Rassõlkin A., Kallaste A, Vaimann T. Design of Rotors for Synchronous Reluctance Motor: Analytical Treatment and Optimization.// 21th European Conference on Power Electronics and Applications, 2019. September, Genova, Italy. DOI: 10.23919/EPE.2019.8914760 , Researchgate Link.

Konferences rakstā ir izpētītas dažādas sinhronā reaktīva dzinēja rotora konstrukcijas. Pētījumā ir parādīti rotora ģeometrijas parametri, ņemot vērā ietekmi uz d ass un q ass induktivitāti, un ir panākta optimāla konstrukcijas parametru kombinācija.

Pārskata periodā piedalīšanās apmācībās “3-Day MagNet Introductory Training Class”, Londona, Milton Keinsa. Kursā ietvertie plašie praktiskie laboratorijas vingrinājumi sniedz praktisko pieredzi, tostarp, piemēram: Iepazīšanās ar interfeisu, izmantojot ģeometriskās modelēšanas operācijas; pastāvīgo magnētu motoru bloks;  balasta vai cietās spoles, peldošie vadītāji un ķēdes īpašības; manuāla acu kontrole pret acs pielāgošanu, magnētiskie lauki stūros; kustības piemērs ar rezultātu apstrādi, ieskaitot spēku.

Pārskata periodā tika recenzēti trīs Rīgas Tehniskās universitātes promocijas darbi:

Bezrukovs, Deniss. The Study of Wind Energy Resource and the Assessment of the Economic Feasibility of Wind Energy Projects. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2019. Aizstāvēšana 02.07.2019 11:00.

Gatan, Shaker Jassem. A New Design of M.V – Vacuum Circuit Breaker – With Auxiliary Units Damping Techniques for Soft Interrupter Applications.

4. aktivitāte. Prototipa izgatavošana un eksperimentālie pētījumi. Aizstāvēšana 09.12.2019 14:00, Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte, Āzenes ielā 12 k-1, 212. auditorijā.

Mārks, Jānis. Vibrāciju modelis mehānisko defektu noteikšanai lieljaudas transformatoru aktīvajā daļā. Promocijas darbs. Aizstāvēšana 19.12.2019 11:00, Rīgas Tehniskās universitātes Enerģētikas un elektrotehnikas fakultātē, Āzenes ielā 12 k-1, 212. auditorijā.

Projekta ietvaros turpinās darbi optimālas rotora konstrukcijas meklēšanā, tika veikti vairāki konstrukcijas aprēķini. Lai atrastu elektriskā dzinēja labāku konstrukciju, tika veikta eksperimenta plānošana un optimizācija, izmantojot metamodeļus. Sagatavots rasējums optimālai rotora konstrukcijai ar magnētiski izolētiem poliem un iesniegts eksperimenta modeļa izgatavošanai.

Projekta ietvaros turpinās darbi optimālas rotora konstrukcijas meklēšanā, tika veikti vairāki konstrukcijas aprēķini. Lai atrastu elektriskā dzinēja labāku konstrukciju, tika veikta eksperimenta plānošana un optimizācija, izmantojot metamodeļus. Sagatavots rasējums optimālai rotora konstrukcijai ar magnētiski izolētiem poliem un iesniegts eksperimenta modeļa izgatavošanai.Projekta ietvaros turpinās darbi optimālas rotora konstrukcijas meklēšanā, tika veikti vairāki konstrukcijas aprēķini. Lai atrastu elektriskā dzinēja labāku konstrukciju, tika veikta eksperimenta plānošana un optimizācija, izmantojot metamodeļus. Sagatavots rasējums optimālai rotora konstrukcijai ar magnētiski izolētiem poliem un iesniegts eksperimenta modeļa izgatavošanai.

Projekta laikā tika veikta sekmīga bakalaura darba vadīšana un studenta Iļjas Ivanova darba aizstāvēšana par bakalaura darba tēmu “Sinhronā reaktīvā dzinēja konstrukcijas optimizācija, neizmantojot retzemju metālus”. Aizstāvēšana 09.07.2020. 10:00, Rīgas Tehniskās universitātes Enerģētikas un elektrotehnikas fakultātē, Āzenes ielā 12 k-1, 212. auditorijā.

Projekta īstenošanas laikā tika izgatavots eksperimentālais modelis un kopā ar Tallinas Tehnoloģijas universitātes kolēģiem tika uzsākti eksperimentāli pētījumi. Tiek gatavots raksts “Design of Experiments of Synchronous Reluctance Motor” dalībai konferencē un tiek gatavots populārzinātniskais raksts  “Life cycle analysis of electrical motor”.

Pārskata periodā tika nopublicēts raksts: Rassõlkin, A. Belahcen, A. Kallaste, T. Vaimann, S.Orlova “Life cycle analysis of electrical motor - drive system based on electrical machine type,” pp. 162–177, 2020. DOI: 10.3176/proc.2020.2.07. Researchgate link

 

Informācija par projekta īstenošanas gaitu sagatavota 30.06.2020

horizon2020 

Seventh Framework Programme logo

smart-grid-plus

nordis energy research

 

 

SAZINĀTIES AR MUMS

Joomla forms builder by JoomlaShine
Go to top