Электроавтомат: история развития и инновации в производстве электрооборудования

— EcoStruxure ™ IoT

Легко справляйтесь с вашими проблемами

Связь

Подключайте свои машины ко всем, ко всему и везде в режиме реального времени.

Безопасность

Предложите своим клиентам машины, которые защищают людей, активы и окружающую среду.

Эффективность

Повысьте эффективность машин, ресурсов и сотрудников.

Цифровой

Полная интеграция машин IIoT, открывающая новые возможности для бизнеса.

Какие преимущества вы можете получить от наших решений Smart Machine Control ?
Schneider Electric разрабатывает лучшие в своем классе интеллектуальные решения для управления машинами для повышения безопасности и оптимизации производительности вашего предприятия, обеспечивая расширенное управление активами и энергоэффективность. Являясь лидером в области инженерного и промышленного программного обеспечения, Schneider Electric предлагает машинных решений для упаковки, погрузочно-разгрузочных работ или производства продуктов питания и напитков, которые оптимизируют операционную эффективность.Откройте для себя EcoStruxure Machine, наше флагманское решение для управления машинами , которое поможет вам добиться успеха в бизнесе. Наши интеллектуальные решения для управления машинами обеспечивают гибкость, необходимую для принятия более разумных и быстрых решений и использования бизнес-преимуществ IIoT. С нашими подключенными машинами и решениями machine control вы повысите эффективность своих машин, ресурсов и сотрудников, подключив машины ко всем, ко всему и везде в режиме реального времени.Выбирая наши интеллектуальные решения , вы можете предложить своим клиентам более умные машины: лучше подключенные, более гибкие, эффективные и безопасные на протяжении всего жизненного цикла машины.

Машина с постоянным магнитом, машины с постоянным магнитом, высокоскоростные, силовые, электрические машины, высокоскоростные машины

Вращающаяся электрическая машина — это преобразователь энергии; мы называем это двигателем, когда электрическая энергия преобразуется в механическую энергию, и генератором переменного тока, когда преобразование реверсируется.В любом случае электрическая машина может быть тем же устройством, даже если его функция обратная.

Некоторые привлекательные преимущества, которые могут предложить высокоскоростные генераторы переменного тока или двигатели, включают:

• Портативность, небольшие размеры и легкий вес
• Низкие эксплуатационные расходы
• Надежность в широком диапазоне условий эксплуатации
• Хороший КПД
• Тихая работа
• Отсутствие смазочных материалов и других загрязнений

Существуют разные топологии машин для высокоскоростных приложений, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.Тип машины с постоянными магнитами считается наиболее производительным благодаря своим уникальным характеристикам, включая прочную конструкцию, которая хорошо подходит для работы на высоких скоростях, и требования к нулевой мощности возбуждения, что приводит к работе с единичным коэффициентом мощности.

Станки с постоянными магнитами

Когда эффективность и вес являются первоочередными задачами, машина с ротором с постоянными магнитами явно превосходит большинство применений. Это связано со следующим:

• Требуется нулевая мощность возбуждения.
• Машина с постоянными магнитами может работать при единичном коэффициенте мощности (реактивный ток статора не требуется для возбуждения). Может быть достигнут КПД 95% или даже выше.
• Ротор гладкий, а воздушный зазор относительно большой. Это уменьшает потерю воздуха, потерю пульсации зубьев и обеспечивает проход для охлаждающего воздуха.
• Ротор имеет высокое сопротивление и очень низкую магнитную проницаемость в машине с постоянными магнитами. Это предотвращает потери, которые в противном случае могли бы быть вызваны пульсациями магнитного потока статора из-за зубцов статора и тока статора.Магниты ротора по проницаемости почти такие же, как воздух!
• Размер инвертора и потери зависят от коэффициента мощности, равного единице.

Другие соображения, которые также принимаются во внимание при выборе этого типа машины с постоянными магнитами для высокоскоростных приложений, включают:

• Материал магнита стоит дорого, но это компенсируется преимуществами, связанными с высокой эффективностью, меньшим размером инвертора, более легким охлаждением, меньшими размерами других деталей и меньшей нагрузкой на подшипники.
• Жесткость пружины силы притяжения между ротором и статором минимальна, потому что ротор имеет очень низкую магнитную проницаемость; поток изменяется незначительно, когда ротор перемещается из центра.Это важное преимущество в системах мягких подшипников в машинах с постоянными магнитами, где используются подшипники из фольги или упругие опоры подшипников.
• Конструкция ротора является жесткой, стабильной и прочной, когда она заключена в обруч из инконеля или нержавеющей стали для удержания магнитов.
• Ротор всегда возбужден. Если происходит устойчивый отказ, первичный двигатель должен отключиться, чтобы избежать опасности высокой температуры. Типичный ток короткого замыкания составляет 3 на единицу.
• Магниты не подходят для жаркой окружающей среды.Некоторые материалы магнита обладают более высокой температурной способностью, чем другие, но практический предел составляет примерно 200 90 10 9 o 90 110 C. Намагниченность необратимо уменьшается, когда температура приближается к температуре Кюри магнита. Безопасная температура для магнита зависит от его физических свойств; менее дорогие материалы имеют более низкую температуру Кюри.

Двигатели требуют процедуры синхронного пуска; индукционный пуск может привести к перегреву и размагничиванию ротора.

Индукционные машины

Индукционные машины — это рабочая лошадка в промышленности.Они используются повсеместно и обладают множеством хороших функций. Простая и недорогая конструкция ротора с короткозамкнутым ротором особенно привлекательна. Возбуждение обеспечивается током статора, который индуцирует и реагирует с током в проводящих стержнях ротора. Этот тип станка имеет следующие характеристики:

• Поскольку ток статора должен включать в себя реактивную составляющую для возбуждения машины, статор и инвертор несут бремя этой потребности. Величина этого возбуждающего тока весьма значительна и определяется реактивным сопротивлением обмотки машины, воздушным зазором между ротором и статором, а также проницаемостью статора и железа ротора.Обычно коэффициент мощности 0,85 и КПД 0,9 являются разумными ожиданиями. Индукционный ротор имеет значительные потери в железе ротора и обойме ротора.
• Для получения приемлемого коэффициента мощности требуется короткий воздушный зазор. Поскольку ротор имеет высокую проницаемость, существуют условия, способствующие паразитным потерям из-за пазов статора и ротора. Пластины ротора уменьшают потери.
• Ротор должен проскальзывать относительно вращающегося возбуждающего потока. Это создает ток в стержнях клетки с частотой скольжения, а магнитный поток, связывающий железо ротора, перемещается с частотой скольжения.Если скорость скольжения ротора составляет 1% от номинальной скорости, потери ротора будут составлять 1% мощности на валу.
• Инвертор должен обеспечивать примерно на 18% больше вольт-ампер, чем требуется для машины Unity PF.
• Жесткость пружины силы притяжения между ротором и статором высока, потому что ротор имеет очень высокую проницаемость, а воздушный зазор короткий; большое изменение магнитного потока происходит, когда ротор перемещается из центра. Это может быть проблемой в системах мягких подшипников в высокоскоростных машинах, где используются подшипники из фольги или упругие опоры подшипников.
• Конструкция ротора представляет собой набор ферромагнитных пластин, удерживаемых вместе стержнями клетки.
• Возбуждение можно изменять для уменьшения потерь при частичной нагрузке; даже выключил. Машина не может производить длительный ток короткого замыкания. Генераторы не могут самовозбуждаться при подключенной цепи нагрузки.
• Поверхностная скорость ротора и допустимая температура ротора зависят от свойств используемых материалов и конструкции.

Машины с синхронным сопротивлением

Синхронно-реактивные машины имеют очень жесткий, высокопрочный ротор, который может работать на наземных скоростях до 1100 футов в секунду.Ротор также может без ущерба работать при довольно высоких температурах — возможно, 600-700 ⁰F. Ротор состоит из слоев ферромагнитной стали, разделенных равными слоями немагнитного материала, чтобы сформировать выступающие полюса с низким сопротивлением на прямой оси и высоким сопротивлением на поперечной оси. Оба материала спаяны вместе и обладают очень высокой прочностью. Ротор представляет собой гладкий биметаллический цилиндр. Этот тип станка имеет следующие характеристики:

• Ток статора должен включать реактивную составляющую для возбуждения машины.Величина этого возбуждающего тока очень важна и определяется реактивным сопротивлением обмотки машины, воздушным зазором между ротором и статором, а также проницаемостью статора и железа ротора. Коэффициент мощности 0,7 и КПД от 0,92 до 0,95, вероятно, вполне реальны. Потери на поверхности ротора значительны, но реактивный ротор может выдерживать высокие температуры лучше, чем большинство других типов.
• Ротор имеет выступающие пазы. Кроме того, для получения приемлемого коэффициента мощности требуется короткий воздушный зазор.Ротор имеет высокую проницаемость и не является слоистым, что способствует возникновению паразитных потерь.
• Ротор синхронизирован с вращающимся возбуждающим потоком. В роторе нет тока, кроме паразитных вихревых токов.
Инвертор
• должен обеспечивать примерно на 43% больше вольт-ампер, чем требуется для машины Unity PF.
• Жесткость пружины силы притяжения между ротором и статором высока, потому что ротор имеет очень высокую проницаемость, а воздушный зазор короткий; большое изменение магнитного потока при движении ротора от центра.Это может быть проблемой в системах мягких подшипников в высокоскоростных машинах, где используются подшипники из фольги или упругие опоры подшипников.

Возбуждение можно изменять для уменьшения потерь при частичной нагрузке; даже выключил. Машина не может производить длительный ток короткого замыкания. Генераторы не могут самовозбуждаться при подключенной цепи нагрузки.

Электрические машины: набор из двух объемов — 2-е издание — Ion Boldea

Описание книги

Благодаря всестороннему освещению современного состояния, это второе издание книги знакомит с основными типами трансформаторов и электрических машин, а также обсуждает продвинутые темы электрических машин, начиная с принципов, заканчивая приложениями и тематическими исследованиями с обширными графическими результатами.

Первый том, Электрические машины: рабочие характеристики в стабильном состоянии с MATLAB® , охватывает характеристики моделирования схем и рабочие характеристики в устойчивом состоянии, методы испытаний и предварительное определение электромагнитно-термических характеристик. Эта книга предназначена для первого семестра курса, посвященного моделированию установившегося состояния электрических трансформаторов, вращающихся и линейных машин, расчету производительности, предварительному определению размеров и испытанию стандартизированных и инновационных методов.

Второй том, Электрические машины: переходные процессы, принципы управления, анализ методом конечных элементов и оптимальное проектирование с помощью MATLAB® , предназначен для второго (и третьего) семестрового курса, посвященного таким темам, как моделирование переходных процессов, принципы управления, электромагнитные и тепловые конечные процессы. Элементный анализ и оптимальное проектирование (определение размеров). В это издание были добавлены важные недавние знания с сильным потенциалом индустриализации, такие как ортогональные модели многофазного A.C. Машины, термический анализ методом конечных элементов (FEA) электрических машин и оптимальное проектирование только на основе FEA для тематического исследования двигателя с постоянными магнитами.

Оба тома включают числовые примеры и тематические исследования, а также в Интернете доступны многочисленные программы компьютерного моделирования в MATLAB и Simulink®, которые иллюстрируют характеристики производительности, представленные в главах.

Содержание

Том 1: 1. Введение. 2. Электротрансформаторы. 3. Преобразование энергии и типы электрических машин.4. Щеточно-коммутаторные машины: установившееся состояние. 5. Индукционные машины: установившееся состояние. 6. Синхронные машины: установившееся состояние.

Том 2: 1. Модели цепей электрических машин для переходных процессов и управления. 2. Переходные процессы и принципы управления щеточным коммутатором постоянного тока. 3. Переходные процессы синхронных машин и принципы управления. 4. Переходные процессы в индукционных машинах и принципы управления. 5. Основы конечно-элементного анализа (МКЭ) в электромагнетизме. 6. КЭЭ электромагнетизма электрических машин.7. Термический ВЭД электрических машин. 8. Оптимальное электромагнитное проектирование электрических машин. 9. Оптимальный электромагнитный дизайн наземных синхронных машин с PM (PMSM). 10. Оптимальное электромагнитное проектирование наземных синхронных машин с постоянным магнитом (PMSM).

Автор (ы)

Биография

Ион Болдеа — профессор электротехники Политехнического университета Тимишоара, Румыния. Профессор Болдеа — пожизненный член IEEE. Он получил премию Николы Теслы IEEE 2015 за «вклад в разработку и управление вращающимися и линейными электрическими машинами для промышленных приложений.»

Лучиан Н. Тутелеа в настоящее время является профессором кафедры электротехники Политехнического университета Тимишоара. Его основные научные интересы включают проектирование, моделирование и управление электрическими машинами и приводами.

Новый электродвигатель для цифрового устойчивого будущего

В этом эпизоде ​​ подкаста McKinsey on Start-ups старший редактор McKinsey Дэниел Айзенберг разговаривает с Райаном Моррисом, председателем и генеральным директором Turntide Technologies, компании, стремящейся повысить рентабельность и энергоэффективность электрических сетей. моторы.Отредактированная стенограмма их разговора приводится ниже.

Чтобы слушать другие выпуски McKinsey в Start-ups , подпишитесь на Apple, Audible, Google Podcasts, Spotify или Stitcher.

Аудио

Дэниел Айзенберг: Здравствуйте и добро пожаловать в McKinsey по вопросам стартапов , меня зовут Даниэль Айзенберг.

Для технологии, которая составляет основу современной глобальной экономики, электродвигатель не так уж сильно продвинулся с тех пор, как был изобретен более века назад.Это может объяснить, почему сегодня четверть мирового потребления электроэнергии расходуется неэффективными устаревшими электродвигателями. Райан Моррис считает, что его компания Turntide Technologies готова решить проблему устойчивого развития, революционизируя электродвигатели. В качестве председателя и генерального директора Моррис возглавляет стартап, который разработал и коммерциализирует то, что он называет системой интеллектуальных двигателей, которая является более энергоэффективной и рентабельной, чем традиционные двигатели.

В сочетании с автоматизацией, интеллектом и такими функциями, как удаленный мониторинг, технология Turntide уже начинает использоваться в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, интеллектуальных сельскохозяйственных сараях, а также в коммерческих и промышленных транспортных средствах.Свое первое предприятие Моррис начал сразу после получения степени магистра инженерных наук в Корнельском университете. К 27 годам он был исполнительным председателем публичной компании. И он начал создавать Turntide Technologies в 2017 году.

Райан, спасибо, что присоединились к нам сегодня.

Райан Моррис: Спасибо, что пригласили меня.

Daniel Eisenberg: Расскажите нам немного о Turntide. Какую проблему вы пытаетесь решить?

Райан Моррис: Turntide в конечном итоге стремится сделать каждый ватт полезным для человечества.И мы поступаем так: мы осознаем, что половина электроэнергии во всем мире потребляется электродвигателями. Я работал над силовыми агрегатами электромобилей до Turntide. И это было то, что мне не приходило в голову даже с моим инженерным образованием. Я не думал обо всех системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, обо всем холодильном оборудовании. На самом деле за всем, что движется в цивилизации, стоит электродвигатель.

Доминирующая архитектура двигателей была изобретена Никола Тесла в 1888 году.И с тех пор практически ничего не изменилось. Основное нововведение, которое мы создали, — это новая архитектура, в которой не используются постоянные магниты, поэтому она намного эффективнее.

Мы живем в эпоху экспоненциальных технологий, экспоненциальных улучшений. И мы действительно использовали это, чтобы избавиться от потерь энергии во всех этих системах. Будь то строительство зданий или электрификация транспорта, это действительно делает все эти системы интеллектуальными и эффективными.

Daniel Eisenberg: Вы говорите о том, что для вашей технологии интеллектуальных двигателей не требуются редкоземельные металлы или материалы, и что это большая часть преимущества.

Райан Моррис: Справа. Архитектура, в которой мы являемся лидерами, называется архитектурой с переключаемым сопротивлением. На самом деле это очень старая идея. Вы можете думать об этом как о предельной функции простейшего механического электродвигателя, который только можно построить. Никаких специальных материалов, только сталь и медь — такие электромагнитные, но никаких постоянных магнитов.

Если посмотреть исторически, моторы — это очень механические вещи. В этой области в течение долгого времени не было особых изменений.Это действительно было основано на материалах или их механических аспектах. А с той архитектурой, которая у нас есть, ее действительно очень сложно контролировать.

Это стало возможным только после всех этих прорывов в вычислительной мощности, когда можно было получать миллиарды вычислительных циклов в секунду за доллары. А редкие земли, как вы подчеркиваете, — это большая геополитическая проблема. Они чрезвычайно разрушительны для окружающей среды. Подавляющее большинство современных электромобилей, использующих самые передовые технологии электродвигателей, нуждаются в этих очень дефицитных, очень дорогих, разрушающих окружающую среду материалах для достижения такой высокой эффективности.Поэтому мы стремимся стать следующим поколением, которое будет еще лучше и не нуждается в этих экзотических материалах.

Даниэль Айзенберг: Вначале вы уделяете большое внимание эксплуатации зданий и системам HVAC?

Райан Моррис: Мы примерно 50/50 между вещами, которые движутся, и вещами, которые не двигаются. Итак, мы создали среду, в которой вы подключены к электросети. И еще есть транспорт, на котором мы действительно сосредоточены — коммерческий, промышленный и специализированный.Не столько в сегменте легковых автомобилей, хотя, возможно, через пять лет мы сосредоточимся на этом. Но мы действительно сосредоточены на рынках, которые не получали должного обслуживания. Вы читаете много заголовков об электромобилях в сфере легковых автомобилей. Но практически все, что сегодня движется с использованием ископаемого топлива, будет электрифицировано.

Daniel Eisenberg: Когда вы думаете о технологии двигателей, кажется удивительным, насколько мало изменилось по сравнению с другими видами технологий. Вы хоть понимаете, почему это так?

Райан Моррис: Если вы задумаетесь о том, что делает, например, электродвигатель, то это, по сути, очень электромеханическая проблема.Нельзя просто заставить группу инженеров-программистов написать замечательный код и перемещать все атомы и высокоэнергетические объекты.

Исторически это были очень разные домены. Вы жили в мире чистого программного обеспечения или в мире чистой механики. Конвергенция между этими двумя направлениями, которая происходит сейчас, — явление очень недавнее.

Достижения в области аккумуляторов стали возможными благодаря материаловедению, которое, например, сильно зависит от вычислений. Итак, мы пытаемся использовать то, что я называю грузовым поездом по закону Мура, идею о том, что у вас есть экспоненциальное улучшение цены и качества обработки информации.

Но если вы занимаетесь только механикой, у вас как бы нет возможности использовать эти тенденции. Так что вам действительно нужно сначала заново изобрести ДНК того, что вы делаете, с помощью программного обеспечения. Это в основном то, что сделала Тесла. Они взяли машину и создали ее как проблему интеграции программной системы в первую очередь, а не в первую очередь аппаратного обеспечения, как многие действующие операторы.

Даниэль Айзенберг: Технология Turntide зародилась еще в начале 2000-х, если я правильно понимаю.Не могли бы вы вкратце рассказать нам, как ваш прошлый опыт привел вас к основанию Turntide?

Райан Моррис: Ага. У меня довольно необычный фон. Я как бы шучу, что у меня перевернутая карьера Бенджамина Баттона. В студенческие годы я был профессиональным велосипедистом и чемпионом страны по гребле. Как оказалось, это было, вероятно, гораздо лучшее образование, чем моя степень инженера, просто с точки зрения терпимости к боли, необходимой для перехода и изменения некоторых из этих отраслей. Я был действительно очарован Уорреном Баффетом в начале своей жизни, и я лично узнал о ядерном синтезе из документального фильма, когда мне было 11 лет.Затем, когда я углубился в это, я подумал: «Ну, хорошо, если вы хотите решить эти действительно сложные физические задачи, вам понадобится много капитала и ресурсов». И это привело меня к бизнесу.

После колледжа я начал инвестировать в другие небольшие публичные компании и понял, что многие из них не очень хорошо управляются. Так что в итоге я фактически стал активистом акционера, который помогал в работе действительно отстающих компаний. Я обратился к компаниям, которым уже несколько десятилетий, и которые, как мне казалось, были в выгодном положении, чтобы воспользоваться переломным моментом в технологиях.Первой публичной компанией была компания по оказанию медицинских услуг, которая в основном все еще использовала факсы.

В этом случае я понял, что технология не обязательно движется по прямой линии. Бывают случаи, когда происходят такие разрозненные изменения — например, вы не будете постепенно переходить от двигателя внутреннего сгорания к электромобилю. Чтобы перейти от одной парадигмы к другой, требуется большое изменение и перегиб.

Я был председателем трех публичных компаний, которые застряли на этих очень старых рынках.С одной стороны, это сопровождалось множеством негативного багажа. Но с другой стороны, многие из них были отраслями с очень высокой степенью надежности, в которых нельзя было просто появиться с новым продуктом, как иногда бывает в потребительском пространстве. Вам понадобится пять или десять лет, чтобы завоевать доверие людей в этих местах.

Для меня путь к Turntide начался, когда я работал над силовыми агрегатами электромобилей и узнал об этой технологии реактивного реактивного двигателя. И это было как бы двухминутным осознанием: «Ух ты, очевидно, что эта архитектура является проблемой, связанной с информацией.Вы должны уметь потратить на это много вычислений и, по сути, решить проблему ».

Даниэль Айзенберг: И тогда вы действительно начали исследовать состояние и возможность применения этой технологии?

Райан Моррис: Я начал искать по всему миру, кто над этим работает. В основном это было в академических кругах, где уже была предыдущая попытка, как вы упоминали ранее.Я говорю, что это аналог General Magic и Тони Фаделла, основателя Nest и создателя iPod, который является одним из наших инвесторов. Он был частью этой группы, которая возникла из Apple, и у них было совершенно правильное представление о [то, что в конечном итоге станет] iPhone. Но в то время это был полный провал, как костер за 400 миллионов долларов. Причина в том, что они были на 15 лет раньше срока. Если вы думаете, что полупроводники на 100 долларов могут купить вам хранилище музыки на одну минуту, это круто для инженера, но не очень привлекательно как продукт.Но вы добавите 15 лет удвоений по закону Мура, и это будет тысяча часов музыки и многомиллиардный продукт.

В 1990-х годах была попытка заставить работать переключаемое сопротивление. Вы могли бы заставить его работать, но это было не очень эффективно, и у него была куча других проблем. Это было похоже на то, как General Magic заставила iPhone «работать». Но с точки зрения массового рынка это было не совсем так.

Итак, мы знали, что это возможно, и на самом деле вопрос сводился только к тому, как собрать все воедино.Не могли бы вы располагать базовыми технологиями, позволяющими решить эту проблему с помощью переключаемого сопротивления, которое люди в компьютерных компьютерных кругах провозглашали панацеей на протяжении многих десятилетий. Но на самом деле никто не приложил усилий, чтобы вырваться на финишную черту. И вы действительно не могли сделать это лет пять назад, только с точки зрения доступности базовых вычислительных компонентов.

Короче говоря, Turntide заключается в том, что эта технология возникла из оригинальной интеллектуальной собственности — она ​​немного техническая, но это своего рода переворот геометрии с ног на голову.Это называется высоким сопротивлением импульсного переключения ротора, физически оптимальной геометрией для этого типа двигателя. Он был создан в 2006 году Пиюшем Десаи, соучредителем компании и до сих пор с нами в качестве дизайнера двигателей. В общем, потребовалось десять лет, чтобы технология заработала.

Всякий раз, когда изобретатель получает патент и гениальный ход, он говорит: «Хорошо, у меня есть патент, я готов». И по правде говоря, это больше похоже на: «Ну, через десять лет, если вложить еще сто миллионов, да, тогда у вас будет что-то работающее.И тогда вы на старте построения компании ».

Итак, я, конечно, не изобретатель технологии, но я понимал, что это должно было быть осуществимо. Когда я пришел в компанию, Turntide раньше назывался Software Motor Company, и это был исследовательский проект, в котором произошел большой прорыв. Я действительно собрал здесь нынешнюю команду, увеличив ее с группы из девяти человек до почти 600 человек сегодня.

Daniel Eisenberg: Похоже, что последние несколько лет стали решающими для Turntide.У вас разные вложения. Фонд климатических обязательств Amazon и Breakthrough Energy Ventures Билла Гейтса. Вы получили множество наград за продукт, недавно завершили новый раунд финансирования, и я считаю, что вы достигли рубежа, установив более 5000 систем. Учитывая долгий путь, который компания прошла к нынешнему моменту, как вы смогли пройти через различные циклы интереса к устойчивому развитию и IoT?

Райан Моррис: Первоначальная идея Turntide была на самом деле пересечением IOT и устойчивого развития.Мы, безусловно, опираемся на тот факт, что у нас есть более ста патентов на эту уникальную конструкцию электродвигателя, основанную на глубоких технологиях и науке. Но идея всегда заключалась в том, чтобы упаковать это как систему. Вы не хотите, чтобы это был просто компонент, вы действительно хотите решить проблему, с которой клиенты сталкиваются в реальном мире.

Знаете, это забавно, я думаю, прошло четыре с половиной года с тех пор, как я работал над этим полный рабочий день. И каждые шесть месяцев я думаю: «Хорошо, мы прорвемся через это дело, и тогда у нас будет какая-то стабильность.«А потом мы продолжаем поднимать планку. Цель, к которой мы стремимся, просто огромна. Ежегодно продаются системы с электродвигателями на сотни миллиардов долларов, и на них приходится половина мирового потребления электроэнергии. Так что это действительно миссия 2040 года.

Теперь у нас действительно потрясающая команда. Но только с середины прошлого года технологии устойчивого развития, глубокие технологии, вроде как вернулись в мир инвестиций. Первые два-три года мы в некотором смысле должны были самостоятельно финансировать.На самом деле это были все инвесторы, которые поддержали меня в других предыдущих начинаниях. Еще, может быть, год назад было практически невозможно получить финансирование на оборудование, на хард-тек. Все еще было сильное похмелье от чистых технологий 1.0, биотоплива и других вещей, которые по своей сути были неэкономичными.

Даниэль Айзенберг: В какой степени регулирование выбросов и экологичность сыграли свою роль, особенно в последние годы?

Райан Моррис: Я бы сказал, что это легкий попутный ветер.Лично я всегда с осторожностью отношусь к бизнесу, который зависит от таких вещей, как регулирование или государственные субсидии. Вы знаете, я определенно хочу иметь свободный рынок, и одна из проблем с чистой технологией 1.0 заключалась в том, что у вас были все эти субсидии, например, на биотопливо. Потом, как только они ушли, рынок рухнул. Поэтому я думаю, что очень важно иметь бизнес, который по своей сути может быть дешевле и лучше и, следовательно, иметь попутный ветер со стороны свободных рыночных сил.

Тем не менее, есть много ускорителей со стороны регулирующих органов.Если вы посмотрите на сторону электротранспорта, штаты или страны запрещают продажу автомобилей, работающих на ископаемом топливе, начиная с 2030 или 2035 года. Это определенно попутный ветер, потому что теперь люди с трудом смотрят в будущее, говоря: «Ого, нам действительно нужно сделать это, или мы больше не занимаемся бизнесом ».

Мы помогаем им решить эти проблемы. Хотя я бы сказал, что они все равно собирались это сделать, потому что эти системы становятся все более доступными. И они работают значительно лучше, с меньшими затратами на техническое обслуживание и более высокой топливной экономичностью.Так что я думаю, что это определенно попутный ветер, и мы пытаемся ориентироваться в нем, но это не то, от чего я когда-либо хотел бы зависеть.

Daniel Eisenberg: Если это было попутным ветром, что было ключевыми движущими силами вашего недавнего импульса?

Райан Моррис: Ну, потребовалось десять лет, чтобы довести технологию до вида работы, от патента до фактического превращения этой вещи в функциональный, коммерческий продукт, что было в 2017 году. И тогда я подумал, что так и будет. может потребоваться два года, чтобы провести первоначальную проверку концепции с продуктом, который работал в большом масштабе.На самом деле это заняло около четырех лет. Существует много сторонних проверок, поскольку практически все, что мы делаем, по своей сути выполняется в системе с очень высокой надежностью. Это высокая планка. Это здорово — экономить энергию и быть более эффективным, но, в конце концов, это должно работать. Это системы, которые должны прослужить десять или 20 лет.

Итак, в нашей истории нет ярлыков. Мне нравятся проблемы, у которых нет ярлыков, потому что это тяжело для всех. Как только вы с этим справитесь, вы обычно в довольно хорошей позиции, чтобы продолжать ускоряться.Очевидно, что мы еще не на финише, мы просто набираем обороты. Сейчас наш доход составляет около 100 миллионов долларов, и мы работаем над более быстрым масштабированием на нескольких разных рынках.

Но по мере того, как мы продолжаем расти и преодолеем эти барьеры и станем надежным партнером на рынке, мне бы хотелось выяснить, как мы можем помочь сократить эти циклы, чтобы люди могли перейти к более устойчивой деятельности. Будь то строительство или сельское хозяйство, или электрификация транспорта.Первый раз потребовалось пять лет действительно напряженной работы. Но я думаю, что для следующего клиента, следующего дизайна, следующей модели нам нужно ускорить этот темп. Хорошая новость в том, что если вы сделали что-то один раз, сделать это во второй раз намного проще.

Daniel Eisenberg: Я предполагаю, что, как только вы действительно это докажете и убедите людей начать работать с вашей технологией, она может расти в геометрической прогрессии.

Райан Моррис: Я как раз читал о некоторых из первых дней Tesla.Они в некотором роде известны тем, что начинали с верхнего сегмента рынка, а затем двигались вниз. Например, родстер — это вторая или третья машина. Если он сломается, это что-то вроде выходных. Но если ваша основная машина, такая как Model S, сломается по дороге на работу, это совсем другое дело. На самом деле Tesla потребовалось четыре года с Model S, чтобы от 30 до 40 процентов отказов трансмиссий, нуждающихся в замене, до отраслевых стандартов.

Итак, это важные кривые, чтобы понять, как вы ориентируетесь, на какие рынки выходить в первую очередь.Теоретически мы могли бы использовать наши сверх отказоустойчивые двигатели на атомной электростанции. Но вы не хотите начинать там в качестве стартапа. Вы хотите продвигаться вверх.

Daniel Eisenberg: Говоря об электромобилях, вы, ребята, недавно приобрели в этой области Hyperdrive. И теперь у вас есть подразделение под названием Turntide Transport. Что движет толчком к этому рынку?

Райан Моррис: Это огромный центр внимания, я бы сказал, что в основном это половина компании.Мы работаем над тем, чтобы использовать общую технологическую платформу для электродвигателей и силовой электроники. Сегодня в сфере транспорта потребуется немного больше времени, чтобы полностью использовать возможности технологии коммутируемого сопротивления. Это скорее технология нового поколения. И требования к транспорту намного выше по сравнению со зданием. Сегодня мы используем технологию переключаемого сопротивления в некоторых гибридных приложениях. Многие люди в нашей команде, включая меня лично, имеют опыт работы с силовыми агрегатами электромобилей.

Были приобретены компании, частью которых я и еще несколько человек из нашей команды были за четыре или пять лет до Turntide. Было действительно приятно иметь возможность ускорить наши планы, снова собрав людей и часть интеллектуальной собственности, чтобы иметь возможность намного быстрее выйти на рынок. Поэтому, несмотря на то, что мы относительно новички в сфере транспорта, мы используем команду и часть интеллектуальной собственности, которая использовалась в этом на протяжении десятилетий. А потом мы работаем над тем, чтобы объединить это с нашей моторной технологией следующего поколения.

Что касается транспорта, я думаю, что это действительно двухфазная вещь. Первый этап — это переход от даже самого эффективного на сегодняшний день двигателя, работающего на ископаемом топливе, к средней или умеренно эффективной системе электропривода, что примерно вдвое повышает эффективность. Затем, чтобы перейти к оптимальному решению по электрификации, вы получите еще одно улучшение, может быть, на 20, 30, 40 процентов. Так что есть огромный толчок только для того, чтобы электрифицировать и войти в новую парадигму, но как только вы там окажетесь, появятся всевозможные работы по оптимизации, которые мы собираемся выполнить в течение следующих трех-пяти лет.Это включает в себя избавление от редкоземельных магнитов.

Это включает в себя гораздо лучшую интеграцию подсистем, чтобы снизить стоимость и повысить производительность. В транспортном пространстве, в отличие от зданий, вы переживаете еще больший архитектурный сдвиг, устраняя потребность в ископаемом топливе, вместо того, чтобы вводить интеллект и IOT в системы здания. Это действительно больше связано с обезуглероживанием, чем с автоматизацией.

Daniel Eisenberg: Я думаю, вы говорили о том, что через пять-десять лет вы могли бы представить себе роль в потребительских электромобилях, а не только в коммерческом, промышленном транспорте.Это то, что вы видите в своем долгосрочном планировании как реальную часть бизнеса?

Райан Моррис: Было бы ошибкой сосредотачиваться на этом сегодня, потому что кто-то другой все равно собирается решить эту проблему. Я хочу сосредоточиться на вещах, на которые мы собираемся оказать наибольшее влияние и действительно сможем продвинуть мяч на годы или, может быть, на десятилетия раньше, чем это произошло бы в отсутствие Turntide.

В случае с легковыми автомобилями — просто назовите это сегментом большого объема, седаны, грузовики, внедорожники и тому подобное — очевидно, что у крупных OEM-производителей есть огромные ресурсы, чтобы электрифицировать это прямо сейчас.Практически все они зависят от использования редкоземельных магнитов. Я думаю, что в ближайшие три-четыре года, с точки зрения предложения и спроса, вы начнете сталкиваться с ограниченными возможностями производства редкоземельных рудников. Даже при благоприятном с геополитической точки зрения сценарии это приведет к росту цен. И если у вас начнутся колебания, он достигнет точки кипения. Так что я думаю, что наша технология переключаемого сопротивления будет очень полезна для определения того, как этот сценарий, вероятно, будет разыгрываться в мире электромобилей большого объема через 3-5 лет.Но пока что на самом деле основное внимание уделяется созданию этих специализированных рынков, которые, откровенно говоря, сегодня больше никто не обслуживает.

Daniel Eisenberg: Ранее вы говорили о желании добиться экономического успеха без каких-либо государственных субсидий. И действительно кажется, что ваша технология на самом деле дешевле в владении и эксплуатации, чем обычная альтернатива. Мне интересно, как коммерческое обоснование ваших двигателей соотносится с обоснованием устойчивости.Какое ценностное предложение больше всего нравится клиентам?

Райан Моррис: Я думаю, что экологичность поможет вам. Но в конечном итоге компании — это экономические животные, и они пытаются разумно использовать свои ресурсы. Я думаю, что именно поэтому чистые технологии 1.0 в конечном итоге были ложным началом, потому что идея о том, что люди будут добровольно платить вдвое больше за устойчивость, в конечном итоге не могла действительно масштабироваться.

Я бы не стал разделять их на две отдельные области.Просто сосредоточив внимание на устойчивости внутри компании, вы начинаете понимать, что существует так много новых технологий, которые на самом деле являются просто хорошими инвестициями. Вы знаете, наши двигатели, если вы модернизируете систему HVAC, обычно окупаются примерно за два года. Итак, вы как бы продвигаетесь в области светодиодного освещения, и продано этих обновлений на десятки миллиардов долларов.

Дело в том, что в конечном итоге необходимо повысить общую стоимость владения. И это включает в себя энергию, а затем и техническое обслуживание.Критически важно иметь меньшее количество видов отказов, связанных с электромобилем, двигателем и системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Если техник выезжает и исправляет что-то, это означает углеродный след.

Daniel Eisenberg: Насколько важно ваше приобретение Riptide, компании по разработке программного обеспечения для автоматизации зданий, для всего ценностного предложения того, что вы хотите предложить в будущем?

Райан Моррис: У нас было это видение, этот подход к тому, чтобы действительно сделать весь интеллект для системы.В частности, как я уже сказал, мы сосредоточены на рынках, которые по многим причинам не обслуживаются должным образом. Если вы посмотрите на меньшее пространство в здании, то увидите, что уровень проникновения систем автоматизации зданий очень низок, может быть, десять процентов. Крупные авторитетные игроки, такие как Honeywell или JCI, действительно сосредоточены на самых больших небоскребах в мире.

Одна из проблем зданий — огромная неоднородность всего оборудования. У вас есть 20-летнее оборудование от самых разных производителей, разных форм и размеров.Возможность иметь открытую платформу действительно является ключевой.

Итак, у них была действительно отличная технология, которая помогала нам взаимодействовать и подключаться ко всему, что находилось в здании. Одно дело — получить новую машину, но никто не собирается сносить все здания в мире и восстанавливать их.

Daniel Eisenberg: Насколько открыт сектор недвижимости для ваших новых технологий? Как тебе работалось с ними?

Райан Моррис: Я бесконечно благодарен нашим первым клиентам.JLL был для нас действительно стратегическим партнером. Я думаю, что они управляют пятью миллиардами квадратных футов коммерческих офисных площадей, и они искренне работают, чтобы помочь всем своим клиентам в обеспечении устойчивости.

Безусловно, у нас было много милосердия с первыми последователями, и мы приложили немало усилий, чтобы удовлетворить их. Сейчас мы действительно находимся на переломном этапе, когда у нас есть эти первоначальные клиенты, и у нас есть инфраструктура, позволяющая масштабироваться в глобальном масштабе. Мы находимся в Северной Америке, а также в США.К. уже.

Определенно есть несколько слоев, которые вам нужно сложить вместе. Продукт должен быть универсальным. Но тогда вам также понадобится сервисная сеть. Если вы управляете бизнесом, вы управляете компанией-разработчиком программного обеспечения, у вас есть розничный торговец, вы хотите сосредоточиться на своем основном бизнесе, на том, как вы обслуживаете своих клиентов. Вы не хотите постоянно обсуждать с поставщиком электроэнергии. Вы просто хотите, чтобы это работало. И я думаю, что это тот путь, по которому движутся многие отрасли, больше в сторону этих управляемых услуг.Или, по сути, возлагая больше ответственности на производителя. Мы пытаемся взять на себя эту ответственность как можно раньше. Потому что в конечном итоге это поможет вам улучшить результат.

Daniel Eisenberg: Попутно, были ли некоторые из ваших первых клиентов вообще частью процесса проектирования? Вы знаете, мы всегда слышим, что оборудование — это сложно. Итак, в последние годы получали ли вы информацию, пока занимались тонкой настройкой?

Райан Моррис: О, конечно. И именно здесь некоторые из людей, которые были в лагере первых последователей, сыграли важную роль в том, чтобы помочь нам проработать детали, устранить изломы.

Мы используем несколько сверхмощных спортивных автомобилей, которые сейчас впервые производятся гибридными. Итак, эти парни хотят раздвинуть границы. И это здорово. Я инженер и хочу раздвинуть границы возможного. И поэтому этот опыт действительно помогает нам узнать, каковы эти пределы или границы.

Есть и другие случаи, когда вам просто нужно учесть множество мелких практических соображений. Вы заходите в молочный сарай или в розничный магазин, который находится прямо у океана, и в воздухе витает соляной туман.Это вещи, которые очень сложно смоделировать в тестовой лаборатории. Если мы уделяем особое внимание обратной связи и прислушиваемся к мнению клиентов, это просто помогает нам строить гораздо более масштабируемое будущее.

Daniel Eisenberg: Как вы думаете, что вы узнали о том, что нужно для роста предпринимателя, в частности, в сфере устойчивого развития?

Райан Моррис: Ну, когда я слышу, что такое экологичное пространство, я думаю: «Хорошо, как нам сделать то, что не менялось в течение столетия, теперь устойчивым?» Это означает, что вам нужно иметь действительно сильную настойчивость.

И именно здесь мне действительно повезло, что у меня был тот ранний опыт в жизни, когда я занимался одним из самых болезненных видов спорта, греблей и ездой на велосипеде. Это те, где люди много работают, а никто не смотрит.

Послушайте, это долго. Вы должны навести мост между пониманием того, как все было сделано, потому что есть причина, по которой дела обстоят так, как есть. У меня нет враждебности к миру ископаемого топлива. Это был большой шаг вперед по сравнению с конским навозом. Вам просто нужно понять, с чем вы боретесь, и проявить необходимую настойчивость.

Я думаю, что в Turntide мы действительно развили уникальную культуру, в которой мы готовы встречать неожиданности и большие вызовы. Может быть, это что-то вроде продолжения моей личности. Если возникнет какой-то хаос или напряжение, я стану более спокойным и уравновешенным, в отличие от более напряженного или невротичного.

Когда у вас есть действительно глубокие технические системы, такие как электродвигатели, нет места для ошибки. Просто нужно быть действительно дисциплинированным.

Daniel Eisenberg: Мне интересно, где вы увидите Turntide через 20 лет и что станет для вас успехом?

Райан Моррис: Да, я действительно искренне думаю, что текущая миссия, которая у нас есть, сосредоточена вокруг амбициозной, но достижимой цели.Парижское соглашение направлено на достижение нейтрального уровня выбросов углерода к 2050 году. Климатическое обещание Амазонки, частью которого мы являемся, — это 2040 год. И я действительно думаю, что если учесть нелинейные, экспоненциальные эффекты внедрения новых технологий, это действительно выполнимо. .

Итак, я бы сказал, что к 2040 году я хотел бы думать, что мы могли бы внести действительно значительный вклад в то, чтобы все эти моторные системы стали намного более эффективными, устраняя потребность в ископаемом топливе практически для всех, что движется или находится на очень четкий путь к этому в ближайшем будущем.

Это будет 20-летняя цель. Вы знаете, очевидно, что на этом пути есть промежуточные шаги. Я думаю, что через пять лет, переключение сопротивления на повсеместный тяговый двигатель электромобилей, станет огромной вехой. Если мы сможем это сделать, то вы в принципе знаете, что проблема редкоземельных элементов не подорвет устойчивость. А дальше дело просто в увеличении производства и выходе на новые рынки. Между 2025 и 2040 годами он просто пережевывает по одной штуке ископаемого топлива за раз и оставляет все кости динозавров в земле, где они и должны быть.

Daniel Eisenberg: Наконец, есть ли какие-либо инновации в вашей области, технические или иные, которые, по вашему мнению, окажут большое влияние в будущем?

Райан Моррис: Что ж, мы находимся на ранних этапах революции цифровых двойников. Сегодня вы видите его использование в других очень ценных приложениях. И мы работаем над этим для мотора.

Но я думаю, что ключевой нитью инноваций является переход к слиянию атомов и битов, по сути, аппаратного обеспечения, управляемого программным обеспечением, которое действительно определяется программным обеспечением.Вы увидите, как способность запускать новое оборудование меняется в зависимости от скорости создания программного обеспечения.

Вы знаете, технический директор Ansys, крупной компании, занимающейся разработкой программного обеспечения для моделирования, работает в нашем совете уже пару лет. Итак, у нас есть довольно уникальные возможности, которые мы разрабатываем совместно с Ansys. И вся эта идея моделирования, основанного на моделировании, превращения аппаратного обеспечения в программно-управляемый продукт, — все это поможет значительно ускорить темпы разработки нового аппаратного дизайна.

Итак, я думаю, что уроки индустрии программного обеспечения, проникающие в мир атомов, аппаратного обеспечения и высокоэнергетических систем, — это своего рода ключевая нить, которая сделает это возможным к 2040 году, а не, например, к 2100 году.

Daniel Eisenberg: Но аппаратное обеспечение все равно останется в определенной степени сложным, не так ли?

Райан Моррис: Да, безусловно, вы должны уважать это. Я имею в виду, что 150 киловатт определенно ударит вас по заднице быстрее, чем, вроде бы, ошибка в вашем программном коде.

Даниэль Айзенберг: Что ж, это наш подкаст. Я хочу поблагодарить Райана Морриса, председателя и генерального директора Turntide Technologies, за то, что он присоединился к нам. Спасибо также нашей замечательной производственной команде McKinsey on Startups — Молли Карлан, Полли Ноа, Сиду Рамтри, Майрону Шургану и Кэти Знамероски.

И напоследок спасибо, как всегда, за то, что выслушали. Мы надеемся, что вы вернетесь в следующих сериях.

ECE 732 Динамика и управление электрическими машинами | Engineering Online

3 кредитных часа

Динамическое поведение электрических машин переменного тока и приводных систем; теория ориентации поля и векторного управления для высокопроизводительных асинхронных и синхронных машин; постоянные магниты и реактивные машины и их управление; принципы построения инверторов источника напряжения и источника тока, а также методы регулирования напряжения и тока.

Необходимое условие

ECE 453/554 Электромоторные приводы или эквивалентные, а также знание высшей математики для инженеров и ученых.

Задачи курса

• Проявить практические знания о динамических эффектах управления в электрических машинах переменного тока
• Машины переменного тока для анализа и проектирования
• Рассчитайте основные рабочие параметры электрических машин и приводов переменного тока, такие как время отклика, эффекты изменения параметров и КПД
• Разработка и анализ регуляторов крутящего момента и скорости для электрических машин переменного тока
• Разработать и проанализировать регуляторы напряжения и тока для электроприводов переменного тока
• Оценить динамическое поведение электрических машин и приводов переменного тока
• Продемонстрировать практические знания о новых методах управления машинами переменного тока для таких приложений, как автомобилестроение, системы возобновляемых источников энергии, промышленные и потребительские товары
• Выполнение базовой оценки и проектирования системы привода электрической машины переменного тока для данного приложения
• Определение требований к электрической машине и приводу для данного приложения

Темы курса

• Динамика электрических машин — Введение
• Преобразования опорной системы
• Теория комплексных векторов Dq
• Индукционная машина dq Modeling
• Синхронная машина dq Modeling
• Векторное управление синхронной машиной — установившееся состояние и динамика
• Векторное управление индукционной машиной — установившееся состояние и динамика
• Инверторы источника напряжения (VSI)
• ШИМ-управление инверторами
• Прямое управление крутящим моментом для индукционных машин
• Текущее положение
• Принципы работы и управление станками PM
• Система управления машиной IPM
• Принципы работы и средства управления аппаратом реактивного сопротивления

Требования к курсу

Курс состоит из двух лекций по 75 минут в неделю.Распределение оценок по курсу приведено ниже.

Учебник

Векторное управление и динамика приводов переменного тока — D.В. Новотный, Т.А. Lipo , Oxford Science Publications, 1996.
Edition : 1st
ISBN : 0-19-856439-2
Этот учебник является обязательным.

Анализ электрических машин — P.C. Краузе, О. Васинчук и С. Д. Судхофф , IEEE Press, 1994
Edition : 1st
ISBN : 0-7803-1101-9
Этот учебник не является обязательным.

Требования к программному обеспечению

Компьютерное моделирование будет назначено во время курса, связанного с темами, затронутыми в курсе.Ожидается, что студенты будут иметь доступ к программному обеспечению Matlab-Simulink; Matlab-Simulink будет основной платформой для моделирования. Задания будут собраны и оценены.

Лаборатория электрических машин и приводов (EMDL) // Электротехника и вычислительная техника // Marquette University

Лаборатория электрических машин и приводов Университета Маркетт (EMDL) — это объект, расположенный в Olin Engineering, комната 511. В этой лаборатории проводятся исследования, которые сосредоточены на различных аспектах электрических машин и связанных с ними приводных систем.Миссия EMDL — предоставить лучшие решения для систем преобразования электромагнитной энергии посредством решения текущих проблем в проектировании, анализе, оптимизации и диагностике неисправностей электрических машин и приводов.

Чтобы быть более конкретным, ниже приведены некоторые из самых последних областей исследований, представляющих интерес, проводимых в EMDL:

• Изучение более быстрых и менее затратных по времени способов конечно-элементного моделирования индукционных машин
• Проектирование и анализ синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM) с помощью вычислительно эффективного анализа методом конечных элементов (CE-FEA)
• Термический, механический анализ и анализ напряжений электрических машин
• Использование различных интеллектуальных методов, таких как дифференциальная эволюция (DE) и комбинированная многокритериальная оптимизация с дифференциальной эволюцией (CMODE) в автоматизированной оптимизации конструкции электрических машин
• Представьте новые топологии инверторов, которые обеспечивают лучшую отказоустойчивость.
• Разработка новых процедур диагностики неисправностей и схем управления режимами работы в неисправных режимах для PMSM и асинхронных машин

Лабораторией EMDL руководит профессор Демердаш, который получил одни из самых престижных академических и научных наград, например, был удостоен награды 1999 IEEE Nikola Tesla Technical Field Award, и имеет долгую историю успешного наставничества М.С. и к.т.н. студенты, большинство из которых в настоящее время являются очень образованными людьми как в академических кругах, так и в промышленности. EMDL — это дом и идеальное место для мотивированных студентов, которые нестандартно мыслят и хотят получить пользу от высококачественного наставничества и научного руководства при проведении исследований в области электрических машин и приводных систем.

Узнайте больше о лаборатории EMDL на их веб-сайте.

Расположение лаборатории EMDL
Olin Engineering 511
1515 W.Wisconsin Avenue
Milwaukee, WI 53233

Контакт:

Доктор Набиль Демердаш

Профессор электротехники и вычислительной техники
(414) 288-5680
nabeel.