PREOCUPĂRI ACTUALE PRIVIND REALIZAREA UNOR MAȘINI ELECTRICE CU DENSITATE MARE DE PUTERE PENTRU ELECTRIFICAREA SISTEMELOR DE TRANSPORT

Autori

  • AURELIAN CRACIUNESCU Universitatea Politehnica din Bucuresti

Cuvinte cheie:

Maşini electrice cu mare densitate de putere, Electrificarea sistemelor de transport

Rezumat

Aplicații cum sunt cele care privesc electrificarea sistemelor de transport necesită mașini electrice cu valori mari ale densității de putere. Asemenea mașini electrice oferă volume și greutăți benefice care sunt dorite în sisteme de transport ce includ automobilele electrice, avioanele electrificate și alte tipuri de vehicule electrice.

În luna octombrie a anului 2017, grupul U. S. DRIVE format din mari companii producătoare de automobile și din mari companii producătoare de energie electrică, în frunte cu Departamentul de Energie (DOE) al Statelor Unite, a publicat un document intitulat  ”Foaia de parcurs a cercetării și inovației în domeniul tehnologiilor electrice și electronice pentru eficiența vehiculelor și sustenabilității energetice”. În acest document se prezintă valorile performanțelor pe care trebuie să le aibă motoarele electrice de tracțiune în anul 2025 pentru a se accelera dezvoltarea tehnologiilor inovative și precompetitive care să permită realizarea unei game largi de vehicule nepoluante și eficiente cum și a infrastructurii energetice aferente. Astfel, pentru motoarele electrice de tracțiune cu puteri de 100 kW, folosite în sistemele de acționare ale vehiculelor cu o singură mașină electrică, care este folosită atât în regim de motor cât și în regim de generator, pentru densitatea lor de putere se preconizează o creștere de la valoarea de 5,7 kW/L realizată în anul 2020, la valoarea de 50 kW/L care să fie realizată în anul 2025, ceea ce înseamnă o reducere de volum de 89%. Această reducere a volumului trebuie să fie însoțită și de o reducere a costului acestor motoare, de la valoarea de 4,7 $/kW din anul 2020, la valoarea de 3,3 $/kW în anul 2025, adică o reducere de cost de 30 %.

Unul din factorii care limitează densitatea de putere a mașinilor electrice este sistemul de răcire. În lipsa unor sisteme adecvate de răcire, pierderile de energie care au loc în mașinile electrice pot cauza deteriorări ale sistemului de izolație, scurt circuite între spirele înfășurărilor, demagnetizarea magneților permanenți și, în final, deteriorarea sistemului de acționare. Ca urmare, analiza modalităților de reducere a pierderilor de energie din mașinile electrice și identificarea unor sisteme eficiente de răcire sunt preocupări esențiale pentru realizarea mașinilor electrice cu valori mari ale densității de putere.

În această lucrare, se face o prezentare a rezultatelor cercetărilor publicate recent referitoare la găsirea unor soluții constructive de realizare a unor mașini electrice cu pierderi de energie mult reduse cum și a unor soluții de realizare a unor sisteme de răcire cu eficiență ridicată, soluții care să permită realizarea indicatorilor de performanță pentru mașinile electrice, privind densitatea de putere și de cost, preconizați de grupul U. S. Drive pentru anul 2025.

Referințe

(1) ”Electrical and electronics technical team roadmap.” U.S. Dept. Of Energy – Office of Efficiency and Renewable Energy (EERE), Washington, DC, USA, 2017.

(2) R. Zhou, G. J. Li, Z. Q. Zhu, M. P. Foster, D. A. Stone, C. J. Jia, P. McKeever, „Novel Liquid Cooling Technology for Modular Consequent-Pole PM Machines”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(3) G. Venturini, G. Volpe, M. Popescu, „Slot Water Jacket Cooling System for Traction Electrical Machines with Hairpin Windings: Analysis and Comparison”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(4) D. Granvogl, P. Stauder, B. Hopfensperger, D. Gerling, „Multiphysics design of a Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(5) Y. Xie, L. Chen, X. Wang, J. Zhang, F. Leonardi, B. M. Sung, A. R. Munoz, M. W. Degner, „In slot Direct Cooling Design and Optimization for Electric Machines”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(6) F. Nishanth, M. Johnson, E.L. Sverson, ”A Review of Thermal Analysis and Management of Power Dense Electric Machines”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(6.a) V. Madonna, A. Walker, P. Giangrande, G. Serra, C. Gerada, M. Galea, „Improved Thermal Management and Analysis for Stator End-Windings of Electrical Machines”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 66, no. 7, July 2019, pp. 5057-5069.

(7) R. Chattopadhyay, Md. S. Islam, I. Boldea, I. Husain, „FEA Characterization of Bi-Axial Excitation Machine for Automotive Traction Application”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(8) M. G. Kesgin, P. Han, D. Lawhorn, Dan M. Ionel, „Analysis of Torque Production in Axial-flux Vernier PM Machines of the MAGNUS Type”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(9) Md S. Islam, S. Agoro, R. Chattopadhy, I. Husain, „Heavy Rare Earth Free Hifg Power Density Traction Machine for Electric vehicles”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(10) A. Al-Qami, A. El-Refaie, „On Eliminating Rare-Earth PM Elements for High Power Density Traction Application Motors”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(11) H. Won, Y. K. Hong, M. Choi, B. Bryant, J. Plant, S. Choi, „Cost-Effectiveness Hybrid PM Assisted Synchronous reluctance Machine for Electric Vehicle”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(12) L. Zhou, F. Guo, H. Wang, B. Wang, „High-Torque Direct-Drive Machine with Combined Axial- and Radial-flux Out-runner Vernier PM Motor”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(13) C. Gong, F. Deng, „Design and Optimization of a Low-Torque-Ripple High-Torque-Density Vernier Machine Using Ferrite Magnets for Low-Speed Direct-Drive Applications”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(14) C. Gong, F.Deng, „Demagnetization Analysis of a Split-Tooth Concentrated-Winding Vernier Machine sing Halbach-array-based Ferrite Magnets”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(15) D. Talebi, M. C. Gardner, S. V. Sankarraman, A. Damar, H. A. Tolyat, „Electromagnetic Design Characterization of a Dual Rotor Axial Flux Motor for Electric Aircraft”, 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(16) A. Al-Qarni, A. El-Refaie, F. We, ”Impact of Machine Parameters on the design of High Specific Power PM Machines for Aerospace Applications”. 2021 IEMDC – International Electric Machines and Drives Conference, Virtual, May 17-20, 2021.

(17) A. El-Refaie, M. Osama, ” Hifg Specific Power Electrical Machines: A SystemPerspective”, CES Trans. on Electrical Machines and Systems, vol. 3, no. 1, March 2019, pp. 88-93. [18] https://ntrs.nasa.gov/api/citations

Descărcări

Publicat

09.02.2022

Cum cităm

CRACIUNESCU, A. (2022). PREOCUPĂRI ACTUALE PRIVIND REALIZAREA UNOR MAȘINI ELECTRICE CU DENSITATE MARE DE PUTERE PENTRU ELECTRIFICAREA SISTEMELOR DE TRANSPORT. ACTUALITĂŢI ŞI ERSPECTIVE ÎN OMENIUL MAŞINILOR LECTRICE, 17(1), 131–171. reluat în din https://journal.iem.pub.ro/apme/article/view/82

Număr

Secțiune

ACTUALIĂŢI ŞI PERSPECTIVE — SINTEZE