Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 3

Napęd z silnikiem indukcyjnym i 4-gałęziowym falownikiem SiC do turbosprężarek powietrza ogniw paliwowych dużej mocy

SiC-based high-speed drive with induction motor for high power fuel cell air turbochargers

10.15199/48.2024.03.08

nr katalogowy: 147730
10.15199/48.2024.03.08

Streszczenie

Wysoka cena ogniw paliwowych utrudnia ich szerokie zastosowanie w transporcie i przemyśle. Należy szukać możliwości obniżenia ich kosztu również poprzez obniżenie kosztu i zwiększenie wydajności urządzeń pomocniczych ogniwa paliwowego (Balance of the Plant). Autorzy proponują aby w napędzie sprężarki powietrza, zastosować wysokoobrotowy silnik indukcyjny, który jest tańszy od stosowanych obecnie silników PMSM. W referacie zaproponowano napęd z czterogałęziowym falownikiem SiC i wysokoobrotowym silnikiem indukcyjnym o mocy 6,3 kW, prędkości obrotowej 79 800 obr/min i częstotliwości zasilania 2667 Hz, który może być zastosowany do turbosprężarki powietrza ogniwa paliwowego o mocy 100 kW.

Abstract

The high cost of fuel cells hinders their broad application in transportation and industry. Efforts should be made to find possibilities for reducing their cost, including through the reduction of auxiliary component costs and increasing their efficiency (Balance of the Plant). The authors propose using a high-speed induction motor in the air compressor drive, which is cheaper than the currently used PMSM motors. The paper proposes a high speed drive system utilizing the SiC inverter and the 6,3 kW high-speed induction motor with a rated rotational speed of 79 800 rpm and a frequency of 2667 Hz. This system can be applied to the air turbocharger of a 100 kW fuel cell.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Kampker A., Heimes H., Kehrer M., Hagedorn S., Reims P., Kaul O., Fuel cell system production cost modeling and analysis. Energy Reports, 9 (2023), 248-255
[2] Al Assadi, i in., Challenges and Prospects of automated Disassembly of Fuel Cells for a Circular Economy. Resources, Conservation & Recycling Advances, 2023, 200172, 1-15
[3] Antivachis M., Dietz F., Zwyssig C., Bortis D., Kolar, J. W., Novel high-speed turbo compressor with integrated inverter for fuel cell air supply, Frontiers in Mechanical Engineering, 6 92021), 106
[4] Jin J., Pan J., Lu Z., Wu Q., Xu L., An investigation of a highperformance centrifugal compressor with a variable map width enhancement slot for proton exchange membrane fuel cell systems in commercial vehicle application, Proc. IME, Part D: Journal of Automobile Engineering, 235 (2021), no. 1, 288-300
[5] Zhao D., Blunier B., Gao F., Dou M., Miraoui A., Control of an ultrahigh-speed centrifugal compressor for the air management of fuel cell systems, IEEE Trans. Ind. Applications, 50 (2014), no. 3, 2225-2234
[6] Zhao D., Daniel K., Blunier B., Zwyssig C., Dou M., Miraoui A., Design and control of an ultra-high speed turbo compressor for the air management of fuel cell systems, Proc. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2012, 1-6
[7] Fröhlich P., Development of an oil free turbo compressor for mobile fuel cell applications–challenges and results, Proc. Ersten FC³ Fuel Cell Conference, 2019, 123-138
[8] Liu Y., Zhao Y., Yang Q., Liu G., Li L., Gao Z., Performance study of centrifugal air compressor for proton exchange membrane fuel cell systems, Energy Science & Engineering, 10 (2022), no. 1, 208-218
[9] Zhang H., Yu W., Hua W., Design and Key Technology of OilFree Centrifugal Air Compressor for Hydrogen Fuel Cell, CES Trans. Electr. Machines and Systems, 6 (2022), no. 1, 11-19
[10] Han D., Morris C. T., Lee W., Sarlioglu B., Comparison between output CM chokes for SiC drive operating at 20-and 200-kHz switching frequencies. IEEE Trans. Ind. Applications, 53(2017), no. 3, 2178-2188
[11] A. L. Julian, G. Oriti, and T. A. Lipo, Elimination of commonmode voltage in three-phase sinusoidal power converters,” IEEE Trans. Power Electron., 14 (1999), no. 5, 982–989
[12] Han D., Li S., Choi W., Sarlioglu B., Design, implementation, and evaluation of a GaN-based four-leg inverter with minimal common mode voltage generation, Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2017 ss. 5383- 5388
[13] Julian A. L., Oriti G., Novel common mode voltage elimination methods in three-phase four-wire grid-connected inverters, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 59, nr 1, 2023, ss. 1044 – 1053
[14] Zhao Zhao, Roberto Leidhold., Common-Mode Current Reduction PWM Technique Optimized for Four-Wire InverterFed Motors, 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)
[15] Giziewski S., Adamowicz M., Krzemiński Z., Trójfazowy 4- gałęziowy falownik SiC w napędzie z wysokoobrotowym silnikiem indukcyjnym, Przegląd Elektrotechniczny, 99(2023), nr 3, 36-44
[16] Sang-Won Yun, Jae-Hyuk Baik, Dong-Sik Kim, Ji-Yoon Yoo, A New Active Zero State PWM Algorithm for Reducing the Number of Switchings, January 2017, Journal of Power Electronics 17(1):88-95
[17] Zhe Zhang, Ali M. Bazzi, Afia Semin, An Active Zero-State Switch (AZS) for Commonmode Voltage Reduction in Voltage Source Inverter (VSI) Drives, 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC).
[18] Thompson S. T., James B. D., Huya-Kouadio J. M., Houchins C., DeSantis D. A., Ahluwalia R., Papageorgopoulos D., Direct hydrogen fuel cell electric vehicle cost analysis: System and high-volume manufacturing description, validation, and outlook. Journal of Power Sources, 399(2018), 304-313

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-3 , nr katalogowy 147730 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-3

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma