Моделовање вишефазних асинхроних машина уважавајући утицај засићења магнетског кола

Abstract

Вишефазне електричне машине у новије време проналазе све већу примену у специфичним областима као што су електрификација транспорта, обновљиви извори енергије и индустријски погони великих снага. Примена вишефазних машина захтева њихово моделовање уз уважавање засићења магнетског кола и развој експерименталних метода за одређивање параметара модела. Основни циљеви ове дисертације су формирање засићеног модела асиметричне шестофазне асинхроне машине (6ФААМ) базираног на разлагању векторског простора (енгл. Vector Space Decomposition – VSD) и развој методологије за експериментално одређивање параметара модела. За потребе истраживања конструисан је прототип 6ФААМ и формирана наменска лабораторијска поставка. Анализа применом методе коначних елемената показала је да спрега између равни узрокује промене флуксева VSD модела. У складу са добијеним резултатима, предложене су модификације оригиналног VSD модела којима се узима у обзир засићење на путу главног флукса и утицај спреге између ортогоналних равни. Развијене су експерименталне методе за одређивање карактеристике магнећења и прираштаја флуксева услед спреге између ортогоналних равни. Индуктивност магнећења одређена је применом методе базиране на побуђивању намотаја једносмерним напоном при укоченом ротору. Прираштаји флуксева одређени су на основу мерења напона и струја машине при различитим вредностима струја у ортогоналним равнима. Експериментална верификација показала је да предложени модел има значајне предности у односу на постојеће моделе при неуравнотеженом напајању и израженом засићењу. Доприноси остварени у овој дисертацији имају велики значај за пројектовање, испитивање, управљање и симулацију рада вишефазних асинхроних машина.

Multiphase electrical machines have recently gained a significant role in emerging applications, such as transport electrification, renewable energy sources and high-power industrial drives. The application of multiphase machines relies on proper modelling and parameter determination under saturated conditions. This dissertation is aimed at developing a saturated asymmetrical six-phase induction machine model based on vector space decomposition (VSD) and an appropriate parameter identification methodology. The experimental investigation is performed on a dedicated laboratory setup comprising a custom-built asymmetrical six-phase machine prototype. A finite element-based analysis reveals that winding fluxes are reduced due to inter-plane coupling. The observed flux decrements are influenced by currents of both subspaces. Based on the obtained results, an appropriate saturated VSD model is proposed. This model includes main flux saturation and the saturation-induced coupling effect between the subspaces (planes) of the model. Experimental methods for the identification of non-linear model parameters are developed. The magnetizing inductance is determined using a standstill DC injection-based method. Flux decrements inflicted by inter-plane coupling are determined from voltage and current measurements under various supply conditions including currents in both planes. Experimental verification shows that the results of the proposed model are in better agreement with the experimental results than those obtained using existing VSD models. The advantages of the new model are most pronounced under saturated conditions with unbalanced supply. This dissertation provides contributions related to the design, testing, control and simulation of multiphase induction machines.