Examensarbeten

Lediga Examensarbeten

Energy harvesting in synchronous machine, “Third harmonic harvesting on the stator of synchronous generator” (endast på engelska)

Background

Synchronous machines, as large generators, produce a vast amount of energy, they have high efficiency. However, the system efficiency can be substantially improved if some magnetic flux density harmonic that usually produce losses can be harvested. This energy can be used in turn for some useful work such as powering the excitation system or powering the machine cooling.   Further, in the case of powering the excitation system, it will have an impact in the time response of the system since the energy will be generated and consumed in the rotor of the machine, avoiding the large inductance of the machine exciter. In this case most of the power electronic will be in the rotor and the control will be wireless.

One of the most common harmonics producing rotor losses is the stator slot harmonic, which is due to the slotting of the stator. This flux density harmonic has a high frequency and energy, this is why is a good candidate to power the excitation system.

Goals

The main topic of this master thesis is to evaluate how much harmonic energy can be harvested in the rotor of a synchronous generator. The harmonics to be investigated are the slot harmonic and the 6th harmonic. Further, design and build the coils for the energy harvesting in a target machine. The target machine is Svante (located in Ångström lab).  

The research work includes literature review, analytical work, FEM simulations and experimental work. FEM simulations should be carried out using electrical department internal software or alternatively Maxwell.  The research questions are:

  • How much energy can be harvested from the slot harmonic in normal operation
  • Which are the collateral effects of having a harvesting coil in the rotor of the machine
  • Which is the potential impact in efficiency improvement for the target synchronous machine

Applicants:

  • We wish to have two candidates who work with slightly different aspects in this project. One person works with simulation and design and the other with practical aspects of construction, control in the warehouse and measurement methods for verification. The candidates will have to work in close collaboration with each other and with supervisors in the department.
  • There are opportunities for an interested student to continue as a doctoral student with the group or with another group within the department. If you have questions or want to apply (CV+grades), email to Pedro Rodriguez,  pedro.rodriguez@angstrom.uu.se no later than November 20.

Literature

  1. T. Jokinen, “Utilization of Harmonics for Self-Excitation of a Synchronous Generator by Placing an Auxiliary Winding in the Rotor”, Ph. D dissertation, Helsinki University of Technology, 1973
  2. Chenjie Lin, Mehanathan Pathmanathan, Pedro Rodriguez, Federico Bertoldi, Ashfanoor Kabir, Tuomas Janhunen, Pasi Paloheimo, “Self-Excited Synchronous Machine using Airgap Harmonics “, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 68, No. 8, August 2021.

Energy harvesting in the rotor of synchronous machine, “Excitation system powered by the stator slot harmonic” (endast på engelska)

Background

Synchronous machines, as large generators, produce a vast amount of energy, they have high efficiency. However, the system efficiency can be substantially improved if some magnetic flux density harmonic that usually produce losses can be harvested. This energy can be used in turn for some useful work such as powering the excitation system, powering the machine cooling or battery charging.  It is known that the third flux density harmonic is present in the airgap flux density for example due to voltage unbalance or another anomaly, further this harmonic is substantially increased during short-circuit conditions, this is why is attractive for powering the excitation system under such condition.

Goals

The main topic of this master thesis is to evaluate how much harmonic energy can be harvested in the stator of a synchronous generator from the third harmonic. Further, design and build the coils for the energy harvesting in a target machine, main harmonic to be harvested is the third harmonic, however it is good to investigate other harmonics as well. The target machine is Svante (located in Ångström lab).  The research work includes literature review, FEM simulations and experimental work. FEM simulations should be carried out using electrical department internal software or alternatively Maxwell.  The research questions are:

  • How much energy can be harvested from the third harmonic in normal operation and short circuit conditions
  • Which are the collateral effects of having a harvesting coil in the stator of the machine
  • Which is the potential impact in efficiency improvement for the target synchronous machine

Applicants:

We wish to have two candidates who work with slightly different aspects in this project. One person works with simulation and design and the other with practical aspects of construction, control of currents in the warehouse and measurement methods for verification. The candidates will have to work in close collaboration with each other and with supervisors in the department.

There are opportunities for an interested student to continue as a doctoral student with the group or with another group within the department.

If you have questions or want to apply (CV+grades), email to Pedro Rodriguez, pedro.rodriguez@angstrom.uu.se no later than November 20.

Literature

  1. T. Jokinen, “Utilization of Harmonics for Self-Excitation of a Synchronous Generator by Placing an Auxiliary Winding in the Rotor”, Doctoral thesis, Helsinki University of Technology, 1973
  2. Chenjie Lin, Mehanathan Pathmanathan, Pedro Rodriguez, Federico Bertoldi, Ashfanoor Kabir, Tuomas Janhunen, Pasi Paloheimo, “Self-Excited Synchronous Machine using Airgap Harmonics “, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 68, No. 8, August 2021.
  3. Paavo Rasilo, “Low-voltage synchronous generator excitation optimization and design”, Helsinki University of Technology, Master Thesis, Department of Electrical and Communication Engineering, 2007

Aktiv dämpning med hjälp av magnetlager

Avdelning för Elektricitetslära utlyser två examensarbeten våren 2024,
inom aktiv dämpning med hjälp av magnetlager

Aktiv dämpning med magnetlager

Bakgrund:

Styrbara magnetlager öppnar upp möjligheter för att kontrollera vibrationer och rotordynamiska egenskaper. 
Vid avdelningen för Elektricitetslära arbetar vi med en experimentell uppställning för generatorer. Riggen representerar ett komplett system i liten skala och kan simulera en vertikalaxlad vattenkraftgenerator.
Då en stor del av elektrifieringen i Sverige baseras på vattenkraften finns det ett kontinuerligt behov av produktutveckling inom området. Behovet av tillförlitlig drift är grundläggande, och ökar då man använder nya körsätt för vattenkraften. Vattenkraftgruppen har under ett antal år arbetat med projekt som mynnar till produktförbättringar, och varit delaktiga i 3 st fullskalepiloter. Ett fokusområde är vibrationer i aggregaten, specifikt generatorerna. Avdelningen har stor kunskap i kraftelektronik och har som avsikt att utveckla vibrationsdämpande funktioner i generatorer med hjälp av passiv och aktiv styrning av elektromagneter.
I detta utvecklingsprojekt finns nu möjlighet att göra både en teoretisk och praktisk insats.

Avsikten är att bygga upp en magnetiskt dämpande konfiguration runt en generatoraxel, som skall vara styrbar, men även till viss del passiv och kunna användas för att minska mekaniska påkänningar i systemet, framför allt från axelrörelser. Arbetet innebär analys, konfigurering, byggande samt testning av aktiv och passiv dämpning med hjälp av elektromagneter och permanentmagneter. Simulering och elektromagnetisk design genomför i finita elementverktyg. Vi ämnar även att konstruera en mindre magnetdämpare/magnetlager för att inkludera på experimentriggen. 

Ifall resultaten faller väl ut kan en fortsättning av arbetet tänkas utföras på en fullskalig vattenkraftgenerator.
Om vi får lämpliga kandidater kommer vi även att arbeta med PLC-styrning för att implementera kontroll av dämpningsförmågan.

Målformuleringar:

Målet är en fungerande implementation av aktiv samt passiv dämpning i testgenerator, samt mätning och övervakning. Beroende på kandidaternas bakgrund kommer vi arbeta med valda områden ur listan:

  • Instudering av material för kraftelektronik, elektromekanisk dämpning och  synkrongeneratorer
  • Design av ett eller flera system för elektromekanisk dämpning av axelrörelser via  analytiska modeller och finita elementberäkningar
  • Design av övervakning och mätsystem
  • Val av komponenter för magnetisering och styrning
  • Inköp och konstruktion av valda designer
  • Tester av systemet på den roterande axeln
  • Rapportskrivning

Om tid finns så ska vi även arbeta med kontrollsystemet implementerat på NI-Compact Rio, samt på en ABB PLC.
Handledare för examensarbetet kommer att vara: Urban Lundin, Bo Hernnäs.

Ansökan:

Vi önskar se 2 kandidater som arbetar med lite olika aspekter i detta projekt. En person arbetar med med simulering och design och den andra med praktiska aspekter av byggnation, styrning av strömmar i lagret samt mätmetoder för verifiering.
Kandidaterna kommer behöva arbeta i nära samarbete med varandra och med handledare vid avdelningen.

Det finns goda möjligheter för en intresserad student att fortsätta som doktorand vid gruppen eller vid annan grupp inom avdelningen.

Har du frågor eller vill ansöka (CV+betyg) maila till Urban Lundin, på Urban.Lundin@angstrom.uu.se senast 20 oktober.

Underwater communication for wave power parks (endast på engelska)

Project description
Due to a large potential of ocean waves [1], wave energy has a potential to contribute to a future renewable electricity production. Many researchers and engineers across the globe are striving to find an efficient way to convert the energy of waves to a useful electric energy. At the Division of Electricity of Uppsala University, wave power research started in 2002. The concept developed, studied and tested experimentally at Uppsala University consists of a buoy resting of the sea water surface and connected to the translator of a linear generator moored on the seafloor (see the figure below).

Vågkraftboj sett under vatten. Illustration.

In the experimental setup it is often required a reliable communication between the measurement system installed on the buoy with the measurement system placed next to the generator. Since the direct communication through the wire is not possible due to complex motion of the buoy and the risk of a quick rupture and damage of the communication cable and due to the hostile saline environment the radio communication underwater is not possible, a new communication system should be suggested and tested. The new communication system will be based on sonar principles using piezoelectric transducers similar to that in submarine communication [2].

Goal
The goal with the master thesis project is to develop, build and test system for underwater multi nodal communication between buoy and generator: for the data transmission above / below the sea water and synchronization of digital clocks of both measurement systems of the buoy and generator.

References

[1]    T. W. Thorpe, “An overview of wave energy technologies: status, performance and costs - moving towards commercial viability,” IMECHE Seminar, London, UK, no. 30 November, pp. 1–16, 1999.
[2]    Ali, Mohammad & Jayakody, Dushantha Nalin & Perera, Tharindu & Sharma, Abhishek & Srinivasan, Kathiravan & Krikidis, Ioannis. (2019). Underwater Communications: Recent Advances.

Supervisors and contact: Robin Augustine (Robin.Augustine@angstrom.uu.se), Irina Temiz (Irina.Temiz@angstrom.uu.se)

Förnybart Mikro-Grid

Vi söker 1 alternativt 2 examensarbeten inom Mikro-Grid för förnybart off-Grid system

Bakgrund
Vid avdelningen arbetar vi med olika koncept för förnybar elgenerering. Vid dessa
används elektriska maskiner och kraftelektronik. Vi vill öppna upp för 1 eller 2
examensarbeten (30Hp) alternativt 2 examensarbeten (15Hp) inom gruppen som vill
arbeta med utveckling av konkret mikro-grid (”mikronät”) system för förnybar energi,
med lokal lagring, förnybara källor och lokal konsumtion.

Examensarbetet utförs i 4 delar där syftet är att:

  • Utvärdera olika typer system med avseende på BMS (battery management system) och laststyrning. Välja system
  • Utveckla elsystem för styrning av laddning från källor och last
  • Välja lämplig solcells-system
  • Konstruera ett mikro-grid med de förnybara källorna, valda system för tillgänglig lagring och aktuell last

Målet med projektet är att få ett litet men komplett mikro-grid system funktionsdugligt
så att det kan användas i vidare examensarbeten och forskning. Detta innebär att
projektet bli mycket tillämpat.

Din profil
Vi söker personer som är drivna och intresserade av praktiskt arbete i Lab med sikte
på att kunna installera en prototyp i fält vid projektets slut. Gärna erfarenhet från att
konstruera eller installera konkreta system med inriktning mot elkraft och viss
programmerings intresse.

Lämplig bakgrund: F, E, ES, STS eller EI

Vi kan erbjuda en stimulerande arbetsmiljö i en kreativ grupp. Medverkan i projekt
som leder hela vägen till installation. Du kommer att arbeta nära handledarna och
övriga i projekten som mynnar ut i konkreta testinstallationer.

Kontakta Hans.Bernhoff@angstrom.uu.se för mer info eller sök direkt genom att
skicka in CV + betygs-utdrag

På Elektricitetslära har vi kontinuerligt examensarbeten, både 15 och 30 hp, för ingenjörer i första hand. Lämplig utbildning är E, F, Y, ES, D, Q, Z, T, M, eller motsvarande. De olika ämnesområdena och deras kontaktpersoner är:

Vattenkraft – Urban Lundin
Vindkraft – Hans Bernhoff
Vågkraft – Rafael Waters
Strömkraft – Karin Thomas
Diamantelektronik – Jan Isberg
Energilager – Hans Bernhoff
Ekologi – Jan Sundberg
Geotermisk energi Urban Lundin och Mats Leijon

Kontakta personerna ovan för en diskussion om aktuella examensarbeten. Förbered dig genom att fundera igenom vad du helst vill göra, till exempel teoretiska beräkningar, experiment, simuleringar eller ritningar, samt när du har tänkt genomföra ditt examensarbete. Vår framförhållning är i allmänhet ungefär ett halvår så det är bra att vara ute i god tid. Har du egna idéer är vi öppna för förslag och diskussion.

Examensarbetena innehåller alla eller delar av följande moment:

  • Litteraturstudie inom relevant område
  • Utformning av modell (för konstruktion eller simulering)
  • Simulering av modeller
  • Utvärdering av simuleringar
  • Byggnation av experimentuppställning
  • Experiment
  • Utvärdering av experiment
  • Slutsatser och iakttagelser
  • Rapport

En beskrivning av ämnesområdena finner du under fliken ”Forskningsprojekt” och under ”Publikationer” kan du se titlar på redan genomförda examensarbeten. Ett examensarbete ska innehålla följande moment: litteraturstudie, experiment eller annat utförande, sammanställning av resultat, rapportskrivning och att komma fram till en slutsats. Materialet ska dokumenteras i en rapport samt rapporteras muntligt i en presentation.
Ett par typexempel följer här (dessa är inga konkreta exjobb, men kan hjälpa dig att hitta rätt). Större projekt kan delas upp på flera examensarbeten.

Typexempel 1:
Ett designprojekt som syftar till att optimera en generatordesign med avseende på elektriska, mekaniska och termiska parametrar. I examensarbetet ingår litteraturstudier, CAD-ritning samt generatorsimuleringar. Designen ska innehålla såväl en generatordesign som en mekanisk design för generatorns montage eller inneslutning. Här söker vi en praktisk student, gärna med vana av ritningar.

Typexempel 2:
Beräkning av strömningar i vatten kring turbinblad och andra strukturer. Då många av avdelningens projekt avser energiutvinning ur vatten i rörelse kommer det bli aktuellt med beräkningar och simuleringar av hydrodynamisk karaktär. Arbetet innehåller då en instuderingsdel samt beräkningar och simuleringar i Matlab eller liknande. En matematikintresserad student sökes.

Typexempel 3:
Programmering av motor för styrning av en prototypgenerator. Inom de olika projekten byggs prototyper (jfr. typexempel 1) och för att dessa ska kunna styras krävs en motor med en styrenhet. Examensarbetet omfattar problemformulering, lösning och implementering. Datainsamling sker troligen med samma styrenhet (dator) som styrningen för att möjliggöra återkoppling av signaler. Viss reglerteknik är bra och uppgiften delas troligen på två examensarbeten.

Typexempel 4:
Alla typer av förnybar elektricitetsgenerering måste vara ekologisk. Därför kan det även tänkas vara möjligt för en miljöintresserad student att ha en sådan aspekt på sitt examensarbete, till exempel genom att granska påväxt och hur den kan inverka på turbiner och generatorer.

Ämnesområden, exempel:
Teknik\Elektroteknik
Teknik\Teknisk fysik
Teknik\Väg- och vattenbyggnad
Teknik\Energisystem

Uppdragsgivare:
Uppsala Universitet
Institutionen för elektroteknik
Avd. Elektricitetslära
Box 534
751 21 UPPSALA

Last modified: 2023-09-26
Print