Прекидачки релуктантни мотори са биполарним струјама

Abstract

Главни циљеви овог рада су развој новог нелинеарног аналитичког модела прекидачког релуктантног мотора (Switched Reluctance Motor-SRM) који узима у обзир ефекте међусобне интеракције фаза и развој нове топологије енергетског претвaрача базираног на полумостним структурама са смањеним бројем прекидача за напајање четворофазних прекидачких релуктантних мотора. Занемарење ефеката међусобне интеракције фаза прекидачког релуктантног мотора доводи до грешке у предикцији његових перформанси. Постојећи модели који узимају у обзир међусобну интеракцију углавном се базирају на резултатима који су добијени методом коначних елемената (Finite Element Method-FEM) или експериментално. Због тога они нису подесни за динамичке симулације које су неопходне у процесу пројектовања и оптимизације SRM-a. Предложени модел узима у обзир све инхерентне нелинеарности и ефекте међусобне интеракције фаза SRM-a при чему се само један улазни параметар овог модела одређује коришћењем методе коначних елемената или експериментално. Детаљна компаративна анализа симулационих резултата новог аналитичког и базног модела, који представља почетну тачку његовог развоја, пружила је могућност да се утврди природа грешке која се јавља када су ефекти међусобне интеракције фаза занемарени и тиме нагласи важност њиховог моделовања. Поред тога, коришћење новог аналитичког модела је омогућило и да се утврди утицај магнетског поларитета суседних фаза мотора на његове перформансе. На овај начин су одређене секвенце магнетског поларитета фаза за које се постижу најбоље перформансе најчешће коришћених конфигурација SRM-a. Верификација симулационих резултата и закључака који су добијени новим аналитичким моделом извршена је коришћењем FEM моделa. Коришћењем овог модела детаљно је анализиран утицај дубоког магнетског засићења на перформансе мотора као и утицај међусобне интеракције фаза на губитке у гвожђу...

The main аim of this work is the development of a new nonlinear analytical model of the switched reluctance motor (SRM) which takes mutual coupling effect between phases into account, as well as the development of a new power converter topology for the supply of a four phase SRM, which is based on half-bridge structures with a reduced number of switches. If the mutual coupling effect between the SRM phases is neglected, prediction of SRM performance can be incorrect. Existing SRM models, which take mutual coupling into account, are usually based on finite element method (FEM) or experimental results. This makes them inconvenient for dynamic simulations which are necessary in the process of SRM design and optimization. The new model proposed and developed in this work takes all inherent nonlinearities and effects of mutual interaction into account, whereby only one input parameter of this model has to be determined by FEM or experimentally. A previously developed basic analytical model was taken as a starting point for the development of this new improved model. A detailed comparative analysis of the simulation results of these two models provides a better insight in the nature of the error caused by neglecting mutual interaction, at the same time emphasizing the importance of its modeling. Apart from this, employment of the new analytical model helped recognize the influence of the magnetic polarity of successive phases on the SRM performance and thereby determine which sequences of magnetic polarities ensure the optimal performance for the most commonly used SRM configurations. Verification of the simulation results obtained by the new analytical model and the accompanying conclusions is performed using a FEM model. This model helped investigate the influence of deep magnetic saturation on the motor performance, as well as the influence of mutual interaction on the core losses. One of the greatest obstacles in development and wider application of SRM drives is the absence of suitable standardized power converter structures on the market. This mainly refers to the four-phase SRMs and their supply. In order to overcome this problem, a new power converter topology is developed in this thesis, which is based on half-bridge structures with fewer semiconductor components compared to the existing converters. In addition, this new converter topology fulfills all requirements related to the SRM supply...