Department of Instrumentation and Control Engineering

Vývoj jednotky vysokorychlostního PMSM s modelářským turbínovým motorem

Stav projektu: Běžící projekt
Identifikace: SGS21/153/OHK2/3T/12
Řešitel: Ing. Zdeněk Novák, Ph.D.
Kontakt: z.novak@fs.cvut.cz
Základní informace

Tématem projektu je vývoj jednotky, která se bude skládat z vysokorychlostního synchronního motoru s permanentními magnety (PMSM) a modelářského turbínového motoru. Tato jednotka by měla rozšířit možnosti pracoviště zaměřeného na vysokorychlostní elektrické stroje, které byly vyvinuté v rámci předchozích projektů SGS15/190/OHK2/3T/12 a SGS18/176/OHK2/3T/12. V rámci první fáze projektu bude řešeno konstrukční spojení pro přenos momentu mezi PMSM a modelářskou turbínou. V další fázi – a hlavním cílem projektu – je plánován vývoj moderního vektorového zpětnovazebního řízení, které by umožňovalo provozování vysokorychlostního PMSM v motorickém režimu, generátorovém režimu i v kooperaci s modelářským turbínovým motorem. Díky vývoji řídicí strategie by pak měl ve výsledku vysokorychlostní PMSM fungovat ve 3 režimech. V prvním je využita jeho mechanická energie k roztáčení modelářského turbínového motoru. Ve druhém je provozován modelářský turbínový motor a vysokorychlostní PMSM funguje jako generátor a vyrábí elektrickou energii. V posledním třetím režimu je pak možné provozovat modelářský turbínový motor v režimu spalování, a vysokorychlostní PMSM je využit pro regulaci otáček, popř. je režim využit pro testování momentové charakteristiky PMSM. V poslední fázi projektu se plánuje důkladné testování prototypu a vyvinutých algoritmů.

Cíle projektu
  • Rešerše vhodných modelářských turbínových motorů
  • Rešerše přenosu točivého momentu
    (s prioritou bezkontaktního přenosu na principu magnetické spojky)
  • Modifikace či konstrukce nového vysokorychlostního PMSM
    pro účely připojení k modelářskému turbínovému motoru
  • Návrh spojení pro přenos točivého momentu mezi vysokorychlostním PMSM
    a modelářským turbínovým motorem
  • Konstrukční úpravy, sestavení a zprovoznění výsledného celku
  • Vývoj moderního vektorového zpětnovazebního řízení, realizovaného na FPGA popř. DSP, které by umožňovalo ovládání sestaveného prototypu s přechodem mezi motorovým a generátorovým režimem
  • Testování vlastností prototypu při použití vyvinutých algoritmů
Harmonogram projektu
Rok 1

Rok 1+2

Rok 2+3
Milník – Dokončení rešerše, výběr a koupě modelářského turbínového motoru

Milník – Dokončený vysokorychlostní PMSM, dokončena magnetická spojka, funkční testovací pracoviště s turbomotorem a PMSM

Milník – Dokončeny řídicí algoritmy, fungující turbomotor a PMSM, odměřena reálná data
2021

2022

2023
  • Rešerše vhodných modelářských turbínových motorů
  • Rešerše přenosu točivého momentu
  • Rešerše řízení modelářských turbínových motorů
  • Modifikace či konstrukce nového vysokorychlostního PMSM pro účely připojení
    k modelářskému turbínovému motoru na základě předchozích rešerší
  • Návrh spojení pro přenos točivého momentu mezi vysokorychlostním PMSM a modelářským turbínovým motorem
  • Konstrukční úpravy, sestavení a zprovoznění výsledného celku
  • Vývoj a testování řídicích vlastností v motorovém i generátorovém režimu, využití FPGA i DSP
  • Funkční prototyp jednotky s vysokorychlostním PMSM a modelářským turbínovým motorem
  • Software pro ovládání pracoviště s vyvinutými algoritmy
Publikace projektu

2021:

  • GAZEAU, M. Magnetic coupling design. In: Sborník abstraktů Konference STČ. Konference studentské tvůrčí činnosti, Praha, 2021-05-04. Praha: CTU. Faculty of Mechanical Engineering, 2021.
    Dostupné zde: Plný text příspěvku
  • HEDAR, M. Overview of PAM&PWM Control Strategies for Controlling High-Speed Electrical Machines. In: Sborník abstraktů Konference STČ. Konference studentské tvůrčí činnosti, Praha, 2021-05-04. Praha: CTU. Faculty of Mechanical Engineering, 2021.
    Dostupné zde: Plný text příspěvku
  • KALOMBO, S. Řízení PMSM metodou MTPA. In: Sborník abstraktů Konference STČ. Konference studentské tvůrčí činnosti, Praha, 2021-05-04. Praha: CTU. Faculty of Mechanical Engineering, 2021.
    Dostupné zde: Plný text příspěvku
  • MYKHAILOV, K. Bezsenzorové řízení vysokorychlostního synchronního motoru s permanentními magnety s minimalizací chyby odhadu. In: Sborník abstraktů Konference STČ. Konference studentské tvůrčí činnosti, Praha, 2021-05-04. Praha: CTU. Faculty of Mechanical Engineering, 2021.
    Dostupné zde: Plný text příspěvku
  • NAGASHIMA, K. Review and Design of High-Speed Magnetic Couplings. In: Sborník abstraktů Konference STČ. Konference studentské tvůrčí činnosti, Praha, 2021-05-04. Praha: CTU. Faculty of Mechanical Engineering, 2021.
    Dostupné zde: Plný text příspěvku
Zprávy z projektu

2021:

Rešerše – Řízení RC turbínových motorů

Rešerše – Prediktivní údržba (Digitální dvojče)

Prediktivní údržba – představení prototypu webového rozhraní

Galerie