+40Vdc, +400Vdc, +4000Vdc Framtidens nät?

Hej på er!
I 3fas elverkstråden, så sysslade vi med vetande, kunskap och färdigheter.
Här kommer mina ideer, som bygger mer på tro.
Fördel med likström, går att lagra i batteri. Omöjligt med växelström.
Möjligt att el alergiker skulle bli lungnare också. Påverkar växlande magnetfält kroppen? Det har diskuterats länge.
Jag tror att den här tråden kommer bli större än den förra jag startade.

40Vdc, vad kan man använda det till?
Bil, ja. Likaså lastbil, buss, båt, husvagn, sommarstuga och liknande.
Om man får samma ström försörjning på alla ställena så skulle mycket bli enklare.
Vad kan man använda +40Vdc i ett hus till?
Mobilladdare, dator, musikanläggning, belysning, rakmaskiner, dom flesta keybords och liknande.
Även elskotrar, elcyklar och el moppeder.
Tänk så mycket lättare att koppla i solpaneler och vindkrafts generatorer.

+400Vdc, vad kan den användas till.
Större föbrukare, spis, strykjärn, stor damsugare, handmaskiner, värme och liknande.

+4000Vdc, vad kan den användas till?
El in i huset. 10A=40kW, elbil och kraftverk.
Min tanke är att en icke ekektriker ska kunna handskas med 4000kV utan olyckor.
Med färdig tillverkade kablar, som är övervakade.
Intelligent system som står för övervakning och produktions beslut.

Det finns några problem med likström som man kanske inte tänker på med en gång.

Dels är det mycket svårare att släcka ljusbågar vid likström än vid växelström eftersom det inte finns något naturligt bryttillfälle vid nollgenomgången. Säkringar, effektbrytare mm får många gånger sämre brytförmåga än man är van vid när de används för likström.

Och dels blir problemen med krypströmmar, jonvandring mm mycket större än vid växelström med motsvarande spänning.

Det fanns ju långt framskridna planer för ca 10 år sedan på att införa 42 V som batterispänning i motorfordon istället för dagens 12 eller 24 V, men de verkar ha fallit i glömska nu. Det gick så långt att alla stora underleverantörer till fordonsindustrin (Bosch, Valeo, Delphi osv) hade färdigutvecklad 42 V-utrustning och var beredda att sätta igång serieproduktion, standardorganisationer som t ex ISO och SAE hade gjort ett gigantiskt jobb på standarder inom 42 V-området, men sedan vågade tydligen ingen biltillverkare vara först ut med övergången. Man trodde att någon tysk prestigebil skulle bli först, men varken Audi, BMW eller Mercedes vågade när det kom till kritan.

Om man tänker sig en likspänningsnivå som skulle ersätta dagens 230/400 V lågspänningsnät så skulle jag nog hellre rösta för 230 eller möjligen 325 V, så att likspänningen är lika med effektiv- eller toppvärdet hos den växelspänning vi använder idag. Då skulle mycket av dagens växelströmsutrustning - t ex värmeapparater, de flesta seriemotorer, switchade nätdelar mm - direkt kunna köras på likspänning utan ändring. Av formella skäl är det ju lämpligt att hålla sig betryggande långt under 250 V, så att alltsammans fortfarande räknas som lågspänning.

Det finns redan ett antal gångbara och vanliga likspänningar som används för spår- och järnvägsdrift i Sverige idag.
T ex 600 V för spårvägarna i Göteborg och Norrköping, 750-850 V för tunnelbanan i Stockholm och Saltsjöbanan, 1500 V för Roslagsbanan. Utomlands är också 3000 V vanligt för järnväg (t ex Frankrike, Beneluxländerna, Polen, vissa delar av Ryssland). Förr i tiden (när 1900-talet var ungt) användes ofta 440 V för spårvägar, detta för att göra samordningsvinster i stadselverken - man kunde använda samma maskiner och buffertbatteri för 440 V minusjord till spårvägen eller 2 x 220 V för allmän distribution.

Hej!
Om man använder solidstate relä, så brukar det fungera med att släcka ljusbågar. Dom brukar dock gå sönder.
Som jag ser det så borde det gå att gå från 4000kV=>400V=>40V, med switch teknik. Prolem, shunt och serie motorer tar 40 ggr mer ström vid start. Det släcker lätt en batteriladdare i dag.

När du pratar om solidstaterelä för likström, syftar du då på t ex en mosfettransistor som ska bryta, förmodligen med gatedrivningen isolerad via optokopplare? De klarar i och för sig att bryta en kortslutningsström, men de är känsliga för överströmmar som ligger på för länge, liksom för överspänningar. De fungerar bäst för upp till 600 V (märkspänning på transistorn, vilket innebär att max tillrådlig nätspänning kanske är ungefär hälften med hänsyn till överspänningar mm), mosfet för högre spänningar får ofta problem med hög serieresistans, värmeutveckling mm.

När det rör sig om modern teknik så skulle jag tro att kollektormotorer försvinner nästan helt och hållet och ersätts av borstlösa likströmsmotorer med mer eller mindre avancerad styrning. Seriemotorer har ju fördelen att de har bra startmoment även om en mjukstartanordning begränsar strömmen (det är ju redan idag ett krav på seriemotorer för 230 V AC med lite större effekt, t ex i dammsugare och större vinkelslipar). Shuntmotorer eller separatmagnetiserade motorer används knappast för direkt tillslag nuförtiden utan matas alltid via någon form av elektronisk motorstyrning.
Jag kan förresten inte komma på någon utrustning som är nyare än från mitten av 90-talet där det förekommer en shunt- eller separatmagnetiserad likströmsmotor. Ett par fordonsrelaterade exempel från den tiden är hydraulaggregaten till Z-lyften bakgavellyftar, samt drivmotorn i en del elbilar från 90-talet (t ex Renault Express och Clio).
Sen är det förstås en annan sak att små likströmsmotorer med permanentmagneter har ungefär samma egenskaper som en shuntmotor, men de görs sällan för så höga effekter att startströmmarna blir något problem.

Problemet är att det fortfarande är dyrt att gå från en spänning till en annan och att bryta DC. Nu sa ABB 2012 att de hittat en lösning på brytare för HVDC som de säger bryter 1 GW inom fem millisekunder.

Bygget av Södra länken görs med HVDC-teknik (300 kV DC linje) men omformarstationerna är mycket dyrare att bygga jämfört med växelströmmsteknik.

Hej på er!
ABB hade i slutet på 80 talet en permanet magnetiserad skivmotor. Jag kan inte teorierna för den. Den borde fungera i dag med.
Jag hjälpte macken laga en golfbil. Den hade separat magnetiserad serielindning.
När det gäller strömbegränsning till shuntmototer, så tror jag inte dom fungerar på likström.
Vittsen med att använda likström är att slippa oformarna.

En sån där skivmotor bygger på samma princip som vilken permanentmagnetmotor som helst, det är bara det att man har så att säga plattat till hela rotorlindningen och avstått från järn i rotorn.
Sådana motorer användes för att driva trumman med videohuvuden i Ampex videobandspelare i slutet av 60-talet (bastanta pjäser som väger 50-100 kg och använder 1" brett band, påminner mer om verktygsmaskiner än om hemelektronik). När jag hade med sådana att göra uppåt 20 år senare så led de där motorerna av att permanentmagneterna hade försvagats med åren, så att servosystemet inte orkade hålla rätt varvtal på trumman när bandet var för hårt sträckt.
Det finns ju också en del likströmsmotorer för olika slags servosystem, som har en "cylindrisk" rotorlindning som roterar utanpå en stillastående järnklump. Syftet med detta är att få mindre svängmassa så att motorn reagerar snabbare utan att det behöver bli så stora stötströmmar.
Ett argument för skivmotorerna var att de blev billiga i tillverkning eftersom man kunde göra rotorn i form av ett kretskort och slapp lindningsarbete helt och hållet.

Skivmotorn jag tänker på satt på en LVD kantpress. Sa åt min bas att ta inte ur magneterna. Om du gör det lägg inte fingrarna imellan. Han tog ur magneterna och dom blev en klump som inte gick att få isär. Jag vill minnas att det inte fans någon kommutator på den.
Yaskawa gjorde en cupmotor i slutet på 70 talet, som du bekriver Torbjörn. Sådan har jag skickat på reparation, om svarvning.

Jag skulle vilja ha en borstlös likström motor utan permanentmagneter. Det är bara kina som producerar jordartsmetaller till permanentmagneter. Steg motor har funnits länge, men jag gillar inte dom.
Har någon ett förslag?

Den här frågan löstes väl för ungefär hundra år sedan?

Hur ska en 40Vdc generator vara konstruerad?
Som en 3fas klopolsgenerator med fullvågslikriktare. M.a.o en vanlig bilgenerator.

En maskin av typ bilgenerator skulle ju också fungera utmärkt som borstlös likströmsmotor, det är bara att lägga på ström utifrån till fältlindningen. Jag nämnde i elverkstråden att jag en gång i tiden gjorde just ett sådant försök, även om det kanske inte lyckades så bra precis den gången så går problemen säkert att lösa.
Ska man göra en likströmsgenerator så är det nog ungefär bilgeneratortekniken man ska sikta in sig på då också.

Vill man ha en permanentmagnetmaskin så går det ju att göra magneter utan att ta till mystiska metaller från Kina, även om magneterna blir större och tyngre med andra slags material (t ex sintrade magneter eller gammaldags magnetstål - Alnico, Ticonal, s k Mishima-legeringar mm).
Om man ska göra maskinen med sämre magnetmaterial kanske det är bäst att så att säga vända den ut och in med statorlindningen i mitten och rotorn utanpå, ungefär som svänghjulsmagneten på små bensinmotorer. Då får man gott om plats för magneterna.

Det går annars att göra en borstlös synkronmaskin med fältlindning. T ex genom att ha en stillastående fältlindning som hålls på plats av ett armkors mitt i statorn, och en tvådelad klopolrotor där vardera sidans klor bara når halvvägs fram. Nackdelen med detta är dock att maskinen blir dubbelt så lång som en vanlig klopolmaskin med samma effekt, det går åt dubbelt så mycket statorplåt och nästan dubbelt så mycket koppar till statorlindningen. På 1970-talet tillverkade en del franska firmor (exempelvis SEV-Marchal) borstlösa bilgeneratorer med den tekniken, och på 1890-talet byggde någon schweizisk tillverkare ( Oerlikon? ) stora generatorer för kraftverk på det sättet.

Eller så kör man med som sagts tidigare Likspänning på växelspänningens toppspänning; 325/565V.
Kopplar det direkt till mellanledet på en frekvensare.

Och inte vilken frekvensare som helst, utan ABBs ACS850, vilken driver ABBs Reluktansmotor
Reluktansmotorn har en verkningsgrad nästan i nivå med PM-motorn, nackdelarna med reluktansen ska de ha fått bort med lite avancerad styrlogik.

Det här gäller ju lite större drifter men tekniken dyker nog upp i mindre motorstorlekar framöver.

Håller med Stefan ang. kina och sällsynta jordarter. Dessutom, hur byter man ett lager i en större PM-motor, utan att ha en speciell jigg?

Den enda borstlösa likströms motor jag har, är en vanlig 3 fas asynkronmotor. Sitter i min Waco kylbox, sutiable for solar power.
Den fungerar från 10,8 Vdc till 32Vdc. Jag köpte den 07. Den gör om likspänningen till 3 fas växelström. Fungerar även med 230 Vac.
En sådan asyncronmotor har en eftersläpning på ca 5%.
Fråga, förlorar man någon energi på det här, om man använder frekvensdrivning. Jämfört med en syncronmotor?

Det har ju sina fördelar med likström helt klart - man skulle ju t ex slippa problemet med reaktiv effekt och olinjära laster. Inga ev dyra filter för att korrigera "power factorn" på prylar med hög effekt - allt som behövs på ingången med likström är ju en mindre induktans och en stor kondensatorbank som filtrerar bort högfrekventa störningar.

Distributionen behöver väl inte va så stort problem egentligen - man kan ju fortfarande köra växelström från elverken och på det mesta av högspänningsnätet och sen likrikta på förbrukarnivå. Det är ju så man gör för t ex tunnelbanan här i Stockholm. Strömmen distribueras via ett högspänningsnät på 33 kV och tas ner via en trafo och likriktas i likriktarstationer.

En övergång skulle nog va relativt lätt idag i bostäder och kontor - den mesta elektroniken använder ju numera switchande nätdelar (dock osäkert hur nätdelar med växelströmsanpassat ingångssteg kommer reagera på att få likström istället). Resterande är ju oftast värmeelement som spisar och radiatorer eller enklare motorer (t ex handmaskiner, köksmaskiner etc.) som är typ likströmsmotorer med kollektor som även funkar med växelström. Alla saker med 50 Hz transformatorer skulle ju dock få bytas ut och inom industrin skulle det väl också va dyrt att förse alla direktdrivna motorer med frekvensomriktare.
Ett problem skulle ju vara om likströmmen ska vara växelströmmens toppspänning eller effektivspänning - vissa switchande nätdelar kanske "vill ha" toppspänning (325 VDC) eftersom den skulle fått den spänningen normalt från likriktarsteget
- men värmeapparater och enkla motorer kommer ju gå bäst (eller iallfall som dom är tänkta att göra) med motsvarande växelströmmens effektivspänning (230 VDC). Om man kör 325 VDC på t ex en radiator eller hårtork får den ju dubbla effekten (eftersom den "ser" ju den genomsnittliga effekten).

Torbjörn, borstlösa syncron generatorn du beskriver, verkar stämma på mitt enfas elverk jag köpte på 80 talet. Själv magnetiserande. Rätt varv=rätt spänning. Du är den första som har kunnat beskriva hur den fungera. Tack
Jan, min tanke är att frekvensdrivningar skulle få en enklare konstruktion. Jag vet inte hur reluctans motor fungerar, utveckla lite.
Jag har inte tänkt mig någon kompabilitet bakåt.
I en båt får man inte ha en generator med kol. Pga gnistbildning. 88 när jag köpte stora båten, så installerade jag en Valeo marin generator. Enda naktdel är, att motor måste varvas upp, för att generatorn ska ta upp spänningen.

Jag tycker att vi redan nu fattar ett beslut. Ett nytt elsystem, ska inte ha kommutator och kolborstar. Det tillhör 1800 talet.
Om bil industrin får asyncron motor med en frevensdrivning, så hoppar dom på det. Jag tror inte det skulle bli dyrare, än dagens vindrute torkar motorer.

Stefan Ericson skrev: Den enda borstlösa likströms motor jag har, är en vanlig 3 fas asynkronmotor. Sitter i min Waco kylbox, sutiable for solar power.
Den fungerar från 10,8 Vdc till 32Vdc. Jag köpte den 07. Den gör om likspänningen till 3 fas växelström. Fungerar även med 230 Vac.
En sådan asyncronmotor har en eftersläpning på ca 5%.
Fråga, förlorar man någon energi på det här, om man använder frekvensdrivning. Jämfört med en syncronmotor?

Visst förlorar man lite energi på eftersläpningen i en asynkronmotor, man kan säga att den effekt som motsvarar vridmomentet gånger eftersläpningsvarvtalet blir värme i rotorn.
Å andra sidan så brukar ju förlusterna i statorn - kopparförluster i lindningen plus järnförluster i plåten - vara betydligt större än eftersläpningsförlusterna på en liten asynkronmotor. Om man vill förbättra verkningsgraden så vinner man nog mer på att bygga motorn större och inte belasta den så hårt, än på att gå över från asynkron- till synkronteknik.

En fördel med synkronmotorn är förstås att den fungerar bra även med ett ganska stort luftgap mellan rotor och stator, så den ställer inte lika höga krav på mekanisk precision, glappfria lager, kort och styv axel osv som en asynkronmotor. Små asynkronmotorer i storleksordningen 1 kW har ju oftast ett luftgap på några tiondels mm , men en synkronmaskin av samma storlek (t ex bilgenerator eller generatorn i ett kinaelverk) kan ha uppåt 1-2 mm luftgap.
Det som händer med en asynkronmotor om luftgapet är för stort är att den får dåligt startmoment och mycket låg effektfaktor.
På en synkronmaskin så ställer inte stort luftgap med mycket mer problem än att det krävs mer ström genom fältlindningen. Där kan det till och med vara önskvärt att ha stort luftgap, för att inte statorspåren ska ge för mycket övertoner i maskinens EMK och för att inte för mycket växelspänning ska induceras i fältlindningen (det kan annars vara ett problem på enfas synkronmaskiner och på osymmetriskt belastade trefasmaskiner).

Det lär vara just pga det större luftgapet och bättre mekanisk tålighet som man på senare år har gått över till synkronmotorer i järnvägsfordon med frekvensomriktardrift. Tidiga sådana konstruktioner (t ex X2000 och Aseas provlok Rz från 80-talet) har asynkronmotorer, men det har visat sig att med det lilla luftgapet i en sådan kan det räcka med en rätt obetydlig lagerskada för att motorn ska fälta och nypa ihop fullständigt. Och blir det tvärstopp i en motor som är stumt kopplad till hjulen på ett lok så blir det såklart totalhaveri i tillhörande kuggväxel också. Och järnvägsfolk tycker av någon anledning inte riktigt om fordon som blir stående på banan och inte ens kan släpas eller krypköras till ett ställe där man kan få dem ur vägen, utan måste repareras på plats eller få en tralla inbaxad under den havererade axeln.