Industrial Pump with Electromagnetic System

Abstract

Tato práce je zaměřena konstrukci DC/AC střídače s použitím progresivní polovodičové technologie SiC s novou topologií výstupního filtru. Výzkum a následný vývoj tohoto měniče byl součástí širšího výzkumného úkolu zaměřeného na inovativní konstrukci průmyslového bez-ucpávkového čerpadla. Navrhovaný DC/AC střídač pracuje s vysokou spínací frekvencí 100kHz. Takto vysoká hodnota spínací frekvence je prozatím v průmyslových pohonech s výstupním napájecím napětím 400V zcela neobvyklá. Nové výkonové SiC tranzistory v sobě spojují robustnost tranzistorů IGBT (maximální blokující napětí a maximální proud v sepnutém stavu) a nízké ztráty tranzistorů MOSFET (rychlost procesu zapínání a vypínání – malé přepínací ztráty, malý odpor kanálu v sepnutém stavu – malé ztráty vedením). Vysoká spínací frekvence umožňuje snížit hodnoty indukčností a kapacit ve výstupním filtru a tím redukovat velikost tohoto filtru. Jeho použití pak není ani z hlediska celkové hmotnosti a ceny zařízení problematické. V současnosti se totiž (při nižších spínacích frekvencích) od použití filtru často z ekonomických důvodů upouští. Následkem toho jsou pak problémy v oblasti EMC a životnosti ložisek a izolace motoru - ložiskové proudy, du/dt namáhání izolací atd. Hladké sinusové napájení zajištěné přítomností kvalitního výstupního filtru snižuje také vf pulzace momentu. Třífázový synchronní motor pohánějící čerpadlo je umístěn v tělese čerpadla a je konstruován jako diskový bez železa. Díky tomu jsou vlastní indukčnosti fázových vinutí malé a při absenci filtru by vznikalo velké zvlnění fázových proudů s negativním vlivem na napájecí měnič. Vzniklé velké vf zvlnění momentu by také negativně ovlivňovalo činnost použitého aktivního magnetického ložiska (v oblasti sání je totiž klasické ložisko nahrazeno aktivním magnetickým ložiskem). Výhodu aktivního magnetického ložiska lze spatřovat v případě čerpání agresivních látek, které by klasické ložisko rychle znehodnocovaly, nebo v případě zaručení nízkého znečistění čerpané látky.This work is focused on innovative construction of the industrial radial sealless pump and mainly on construction of the three phase DC/AC converter based on new semiconductor technology SiC. These new semiconductor devices allow move switching frequency up to 100 kHz. For such high switching frequency new non-conventional topology of the output filter was designed. This high frequency is currently unusual in three-phase application with output voltage 400V. High switching frequency reduces size of wound components of the output filter and its presence is accepted in terms of total weight and price of the whole system. Clear sinus waveform of the output converter voltage reduces torque ripple, EMC and extend the lifetime and reliability of mechanical parts and the whole pump drive. Three phase synchronous motor is directly placed into the pump body and is designed as slotless motor. In the inlet area is the classical bearing replaced by active magnetic bearing. It is used due to possibility to pump aggressive liquids or substances where high level of cleanness has to be guaranteed.