Voditelj projekta: Prof.dr.sc . Damir Žarko

1. PREDSTAVLJANJE PROJEKTAPermanent Magnet Machine Technology for Boosting theEnergy Efficiency in Traction and Marine Applications(MAGEF) Ovaj projekt financira EU This project is fundedbythe EU Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva Univerza v Mariboru, Fakulteta za energetiko Voditelj projekta: Prof.dr.sc. DamirŽarko OPERATIVNI PROGRAM ZA REGIONALNU KONKURENTNOST 2007-2009 FOND ZA ULAGANJE U ZNANOST I INOVACIJE

2. Operativni program za regionalnu konkurentnost 2007-2009 Program IPA (Instrument for Pre-Accession Assistance)uspostavljen je Uredbom Vijeća EU. Osnovni ciljevi programa su pomoć državama kandidatkinjama i državama potencijalnim kandidatkinjama u usklađivanju nacionalnog zakonodavstva i provedbi pravne stečevine EU te priprema za korištenje strukturnih i kohezijskog fonda. Komponente Pomoć u tranziciji i izgradnja institucija Prekogranična suradnja Regionalni razvoj Podkomponente: IIIa Promet IIIb Zaštita okoliša IIIc Regionalna konkurentnost  MAGEF projekt Razvoj ljudskih potencijala Ruralni razvoj

3. Fond za ulaganje u znanost i inovacije Na području inovacija i transfera tehnologije jedan od najvažnijih alata predviđenih u Operativnom programu za regionalnu konkurentnost je „Fond za ulaganje u znanost i inovacije“ (eng. Science and Innovation Investment Fund - SIIF). Opći cilj ove sheme financiranja je izgraditi kapacitete visokoškolskih ustanova i javnih istraživačkih organizacija za transfer tehnologije i komercijalizaciju kako bi se doprinijelo održivom regionalnom razvoju i industrijskoj konkurentnosti gospodarskih sektora visoke dodane vrijednosti te na znanju utemeljenog malog i srednjeg poduzetništva. Konkretan cilj ovog natječaja je podržati komercijalizaciju inovacija u javnom sektoru istraživanja i razvoja kako bi se premostio jaz između predkomercijalne i komercijalne faze istraživanja u Hrvatskoj i time stvorio produktivan okoliš gdje inovacijski kapacitet može rasti i razvijati se.

4. Prioriteti programa • Prioriteti ovog natječaja uključuju • Jačanje suradnje između znanosti i gospodarstva kako bi se omogućilo visokoškolskim ustanovama i javnim istraživačkim organizacijama učinkovito komuniciranje s poslovnim sektorom, a time i bolje služenje potrebama industrije. • Posebni sektori ili teme na koje se akcije moraju odnositi: • Usmjeravanje aktivnosti visokoškolskih ustanova i javnih istraživačkih organizacija potrebama gospodarstva. • Omogućavanje pristupa znanstvenim dostignućima i olakšavanje njihove industrijske eksploatacije, što bi moglo imati značajan utjecaj na razvoj konkurentnog nacionalnog gospodarstva.

5. Glavne aktivnosti Aktivnosti u sklopu realizacije projekta mogu uključivati​​ sljedeće: Istraživačke aktivnosti Pomoć i savjeti u svrhu identifikacije mogućnosti za istraživanje i razvojukorist gospodarskih subjekata Industrijskiprimijenjeno istraživanje i razvoj u suradnji s poslovnim subjektima Razvoj u svrhudokazivanja novog koncepta Razvijanje prototipai njegova komercijalizacija u suradnji s industrijskim partnerom Ispitivanje prototipa u suradnji s industrijskim partnerom Tehnički razvoj koji će ponuditi konkurentnu prednost Primjena nove tehnologije u postojećem proizvodu, usluzi ili procesu Istraživanje tržišta koje potvrđuje komercijalnu strategiju i put do tržišta Procjena potencijalno konkurentskih tehnologija za određivanje jedinstvenih prodajnih točaka Demonstracija proizvoda potencijalnim kupcima ili vrednovanje tehnologije od stranepotencijalnih krajnjih korisnika

6. Glavne aktivnosti Širenje informacija i umreženost Važni su za prepoznavanje ciljeva projekta u širem okruženju, doprinose razvoju partnerstva, omogućavaju izravan pristup ciljanoj publicii učinkovitiji prijenos znanja i tehnologije unutar ekonomskog sustava. Umrežavanje treba obuhvatiti glavne sudionike: znanstveno-istraživačka zajednica, poslovna zajednica, ali i lokalne/regionalne zajednice i mreže, te nacionalne i međunarodne mreže. Aktivnosti: Razvoj i širenje informacija i reklamnih materijala(letci / brošure / bilteni) Organizacija konferencija, radionica te širenje materijala u svrhu (i)promicanja industrijskog iskorištavanja novih tehnologija i (ii) jačanje tržišne orijentacije visokoškolskih ustanova i javnih istraživačkih organizacija Osposobljavanje za industrijsku eksploataciju tehnologije za specifične tehnološke sektore Organizacija aktivnosti umrežavanja s tvrtkama, sveučilištima, istraživačkim institutima, financijskim institucijama, i slično. Izrada web stranice projekta Nastup u javnim medijima (novine, televizija)

7. Projekt MAGEF - predlagatelj Predlagatelj projekta Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva Voditelj: Prof.dr.sc. Damir Žarko Projektni tim Stjepan Stipetić, dipl.ing. – analitičko i numeričko modeliranje, elektromagnetski i termički proračuni, optimizacija Marinko Kovačić, dipl.ing. – učinska elektronika, pretvarači, elektronički sklopovi, mjerenje i obrada signala Zlatko Hanić, dipl.ing. – analitičko i numeričko modeliranje, mehanički proračuni, optimizacija Marijan Martinović, mag.ing. – projektiranje i ispitivanje električnih strojeva, sudjeluje u svim fazama realizacije projekta Tino Jerčić, mag.ing. – projektiranje energetskih pretvarača, razvoj algoritama upravljanja, sudjeluje u svim fazama realizacije projekta

8. Projekt MAGEF - partner • Partner projekta • Sveučilište u Mariboru, Fakultet za energetiku, Krško • Koordinator u partnerskoj instituciji: Prof.dr.sc. Bojan Štumberger • Projektni tim • Jedan novozaposleni suradnik s ekspertizom u područjima • elektromagnetskih proračuna, • mehaničkih proračuna, • termičkih proračuna, • ispitivanja električnih strojeva.

9. Projekt MAGEF - suradnici Suradnici na projektu (mala i srednja poduzeća) Tema d.o.o., Voltića 14, 52100 Pula, http://www.tema.hr/ Kontakt osoba: Dr. sc. Branimir Ružojčić Proizvodni program: razvoj, konstrukcija i proizvodnja električnih motora i automatiziranih sustava Končar Električna vozila d.d. Velimira Škorpika 7, 10090 Zagreb, http://www.koncar-kev.hr/hrv Kontakt osoba: Josip Ninić, dipl.ing. Proizvodni program: lokomotive, tramvaji, elektromotorni vlakovi, modernizacija vozila, oprema i komponente za vozila, ispitivanje vozila i opreme

10. Projekt MAGEF – trajanje i financijska sredstva Trajanje projekta: 2 godine Prihvatljiva financijska sredstva: € 279.572,00 Udio financiranja od strane EU (85 %) : € 237.636,00

11. Kako MAGEF zadovoljava ciljeve, prioritete i glavne aktivnosti predviđene ovim natječajem?

12. Opći ciljevi MAGEF projekta Jačanje istraživanja, razvoja, proizvodnje iiskorištavanja električnih strojeva s trajnim magnetima u Hrvatskoj u svrhu: Razvoja ekološki prihvatljivih, energetski učinkovitih, po performansama i cijeni optimiranih prijevoznih sredstava u kopnenom i vodenom transportu Povećanja kapaciteta za prijenos tehnologije između visokih učilišta i hrvatskih proizvođača prijevoznih sredstava ielektričnih strojeva 3. Povećanja konkurentnosti hrvatskog gospodarstva

13. Konkretni ciljevi MAGEF projekta Jačanje kapaciteta sveučilišta za kontinuirano pružanje znanja, inovacija i stručnih usluga malim i srednjim poduzećima u području projektiranja i ispitivanja strojeva s trajnim magnetima za vuču, brodsku propulziju, obnovljive izvore energije i druge industrijske primjene. Prikaz glavnih značajki i prednosti tehnologije trajnih magneta će biti ostvaren kroz projektiranje, izradu i ispitivanje dva prototipa tipičnog vučnog motora za pogon tramvaja. Jedan prototip će biti izrađen u tehnologiji trajnih magneta na bazi NdFeB (odlična magnetska svojstva, visoka cijena), a drugi na bazi feritnih magneta (slabija magnetska svojstva, vrlo niska cijena). Potencijal tehnologije trajnih magneta će biti demonstriran u usporedbi s asinkronim motorom kao glavnim industrijskim standardom u suvremenim elektromotornim pogonima.

14. Ciljane grupe i krajnji korisnici • Sveučilišta i javni istraživački instituti • Proizvođači električnih strojeva (motori za razne industrijske primjene, generatori za obnovljive izvore energije) • Proizvođači transportnih sredstava (vlakovi, tramvaji, • električni automobili) • Brodogradnja (pogon turističkih i brzih brodova za prijevoz putnika, te manjih transportnih brodova, • pomoćni potisnici na velikim brodovima)

15. Očekivani rezultati • Poboljšano znanje i sposobnost sveučilišta za obavljanje najsuvremenijih istraživanja u području projektiranja i razvoja električnih strojeva s trajnim magnetima te razvoj kapaciteta za pružanje usluga i transfer tehnologije malim i srednjim poduzećima • Povišena kvaliteta obrazovanja iz područja električnih strojeva na sveučilištima • Podignuta svijest proizvođača prijevoznih sredstava i električnih strojeva o potencijalima tehnologije trajnih magneta za daljnji razvoj i povećanje konkurentnosti njihovih proizvoda

16. Aktivnosti na projektu Aktivnosti su podijeljene u 7 radnih paketa (engl. WorkPackages – WP)

17. WP1 - Analiza elektromehaničkih karakteristika tipičnih sustava električne vuče i brodske propulzije Osnovni cilj Detaljna analiza elektromehaničkih karakteristika vučnih i brodskih pogonskih sustava u svrhu utvrđivanja načina za njihovo poboljšanje korištenjem motora s trajnim magnetima Trajanje 3 mjeseca

18. WP2 - Razvoj softvera za projektiranje motora s trajnim magnetima Osnovni cilj Razvoj i izrada specijaliziranog softvera za efikasno povezivanje elektromagnetskog, termičkog i meha-ničkog proračuna s matematičkom optimizacijom u svrhu projektiranja motora s trajnim magnetima Trajanje 6 mjeseci

19. WP3 - Projektiranje motora s trajnim magnetima za verifikaciju osnovne ideje Osnovni cilj Identifikacija i dimenzioniranje konfiguracija motora s NdFeB i feritnim trajnim magnetima najprikladnijih za unapređenje elektromehaničkih sustava električne vuče Trajanje 6 mjeseci

20. WP4 - Izrada prototipova motora s trajnim magnetima Osnovni cilj Konstruiranje mehaničkih dijelova i sklopova motora, detaljna razrada i dokumentiranje svih dijelova, mjerne skice, nabava materijala, izrada dijelova, montaža Trajanje 8 mjeseci

21. WP5 - Nadogradnja industrijskog sustava za ispitivanje električnih strojeva u laboratoriju Predlagatelja Osnovni cilj Projektiranje mjernog sustava i sustava energetskog napajanja, razvoj algoritma upravljanja energetskim pretvaračem, razvoj sustava za prihvat i obradu mjerenih podataka, nabava i montaža mjerne, akvizicijske i energetske opreme, testiranje sustava Trajanje 8 mjeseci

22. WP6 - Ispitivanje prototipova motora s trajnim magnetima Osnovni cilj Mjerenje parametara (otpori namota, induktiviteti, konstanta elektromotorne sile, moment inercije itd.) i karakteristika (moment, snaga, faktor snage, gubici i korisnost kao funkcija brzine vrtnje), određivanje optimalne trajektorije vektora struje pri svim brzinama vrtnje, pokus opterećenja, simulacija dinamičkog režima rada u tramvajskom pogonu Trajanje 3 mjeseca

23. WP7 – Diseminacija rezultata Osnovni cilj Javna promocija prednosti i potencijala koje tehnologija trajnih magneta nudi u razvoju pogonskih motora za električna vozila i brodsku propulziju te mogućnosti koje se razvojem i primjenom te tehnologije otvaraju proizvođačima električnih strojeva, električnih vozila, brodova, kao i raznim drugim granama industrije . Informiranje o potencijalnoj koristi za povećanje konkurentnosti hrvatske privrede. Trajanje 24 mjeseca

24. Usporedba asinkronog i motora s trajnim magnetima – prednosti i nedostaci • ASINKRONI MOTOR • Prednosti • niska cijena • robusnost • Nedostaci • ograničena korisnost zbog gubitaka u rotoru • kvadratna ovisnost prekretnog momenta o brzini vrtnje za brzine veće od nazivne (ograničen raspon brzina vrtnje u području slabljenja polja) • MOTOR S TRAJNIM MAGNETIMA • Prednosti • visoka korisnost (vrlo mali gubici na rotoru) • veća gustoća momenta(moment po jediničnom volumenu) • širi raspon brzine vrtnje u režimu slabljenja polja(važno za električnu vuču) • olakšano hlađenje • Nedostaci • visoka cijena magneta • osjetljivost magneta na visoketemperature • mogućnostdemagnetizacije poljem statora u slučaju kvara (kratki spoj) • nemogućnost rada bez slabljenja polja na brzinama većima od nazivne (problem prenapona na istosmjernom međukrugu pretvarača)

25. Definicija nazivnih podataka prototipa motora • Prednosti tehnologije trajnih magneta će biti demonstrirane na primjeru razvoja vučnog motora za pogon tramvaja. Razvit će se dva prototipa, jedan s magnetima na bazi rijetkih zemalja (NdFeB ) i drugi s feritnim magnetima. • Cilj je definirati nazivne podatke prema vučnim karakteristikama tramvaja TMK 2200 uzimajući u obzir činjenicu da motori s trajnim magnetima imaju u istim uvjetima hlađenja gustoću momenta 1,5-3 puta veću nego asinkroni motor. Mogućnosti koje iz toga slijede su razvoj motora: • istih dimenzija kao i postojeći asinkroni, ali veće snage tako da se pogon tramvaja može ostvariti s 4 umjesto sa 6 motora, • iste snage kao i asinkroni, ali manje nazivne brzine s ciljem smanjenja struje motora, a time ujedno i struje pretvarača u fazi zaleta (područje konstantne maksimalne vučne sile), • iste snage kao i postojeći asinkroni, ali manjih dimenzija i mase, • istih dimenzija i snage kao postojeći asinkroni, ali povećane korisnosti. Pregled tipova motora i njihovih nazivnih podataka u tramvajima različitih proizvođača

26. Karakteristike trajnih magneta NdFeB Ferit

27. Osnovni podaci tramvaja TMK 2200

28. Osnovni podaci elektromotornog pogona tramvaja TMK 2200 NAČELNA SHEMA GLAVNOG EMP-a TRAMVAJA KONČAR TMK 2200 Pogonski kavezni asinkroni motor Maksimalna snaga: 85 kW Napon: 440 V Maksimalna struja: 159 A Nazivna brzina: 1705 min-1 Maksimalna brzina: 4580 min-1 Klasa izolacije: 200 Mehanička zaštita: IP 20 Hlađenje: IC01 Masa: 450 kg Standard: IEC 60349-2 Pretvarač PGP-130 Nazivni ulazni napon: 600 V DC, +20/-30% Nazivna izlazna struja: 3x320 A Maksimalna izlazna struja: 3x670 A Frekvencija izlaznog napona: 0...143 Hz Dimenzije: 1800x1000x556 mm Hlađenje: prisilno zrakom Masa: 420 kg

29. Ulazni podaci za proračun vučne karakteristike tramvaja TMK 2200

30. Vučna karakteristika tramvaja TMK 2200 Vučna sila i brzina u ovisnosti o vremenu

31. Vučna karakteristika tramvaja TMK 2200 Vučna sila u ovisnosti o brzini

32. Primjer tramvaja pogonjenog motorima s trajnim magnetima – Škoda ForCityPragueTramcar Okretno postolje s jednim pogonskim motorom po svakom kotaču – izravni pogon bez reduktora Pogonski motor s površinskim magnetima snage 46 kW

33. Osnovne varijante karakteristika vučnog motora u sustavu vozila • Mali motor, veliki pretvarač • u fazi zaleta motor se forsira strujom većom od nazivne • nazivna struja pretvarača određena je maksimalnom strujom motora • nazivna brzina motora je veća od brzine pri kojoj počinje režim konstantne snage vučnog pogona • Veliki motor, mali pretvarač • u režimima konstantne vučne sile i konstantne snage motor je opterećen nazivnom strujom • nazivna struja pretvarača jednaka je nazivnoj struji motora • nazivna brzina motora jednaka je brzini pri kojoj počinje režim konstantne snage vučnog pogona

34. Neki tehnički izazovi i nepoznanice u realizaciji projekta • Mehanička zaštita magneta u rotoru otvorene izvedbe od atmosferskih utjecaja  vakuum tlačna impregnacija rotora? • Izvedba statora s otvorenim utorima, namotom u klasi izolacije 200, profilnim vodičima i magnetskim klinovima ili izvedba s poluzatvorenim utorima bez utorskog klina i namotom od okrugle lakirane žice u klasi izolacije H? • Smještaj resolvera i njegov rad u uvjetima otvorene izvedbe motora? • Potreba za dodatnom mehaničkom zaštitom resolvera? • Mogućnost zatvorene izvedbe motora?

35. Preliminarni dizajn tramvajskog motora s trajnim magnetima Magnetsko polje i indukcija u motoru u nazivnoj radnoj točki Osnovni presjek bez rashladnih kanala

36. Osnovni podaci motora Moment i snaga za cijeli raspon brzina vrtnje

37. Animacija rotacije pri nazivnom opterećenju