Analysis and fault tolerant control of a five-phase axial flux permanent magnet synchronous machine
Beş fazlı eksenel akılı sabit mıknatıslı senkron makinenin analizi ve hata toleranslı kontrolü
- Tez No: 694233
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OZAN KEYSAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 170
Özet
Bu çalışma, hava nüveli, eksenel akılı, beş fazlı sabit mıknatıslı senkron bir makinenin hata tolerans kapasitesini araştırmaktadır. Hava nüveli stator, yassı sargı adı verilen yeni bir sarım topolojisi benimsenerek tasarlanmıştır. Yassı sargı bobinleri, lazerle kesilmiş ince bir alüminyum levhadan yapılmış yassı tellerin bükülmesi ve birbiri içinde gruplandırılmasıyla yapılır. Bu topoloji, stator için yüksek akım taşıma kapasitesi, daha iyi soğutma performansı ve sağlam bir yapı sağlar. Bu topolojde bobinler epoksi reçine ile kaplandığı için elektrik makinelerinde en sık görülen stator arızası olan sargılar arası kısa devre riski tamamen ortadan kalkar. Bu nedenle, bu çalışmada ana odak, sargı açık devre arızasının analizi ve azaltılmasıdır. Önerilen topolojinin bir başka avantajı da çok fazlı yapısıdır. Bir açık devre arızası durumunda, geleneksel üç fazlı makinelerden farklı olarak, kalan sağlıklı fazlar ile düşük dalgalı çıkış torku oluşturmak mümkündür. Beş olan faz sayısı, arıza azaltma işleminde faz akımlarının minimum aşımı ile genel sistem karmaşıklığı arasında optimum bir nokta olarak seçilir. Bu çalışma kapsamında beş fazlı bir sargı yapısının tasarımı, 1.4 kW, 26 Nm, 525 rpm makinenin boyutlandırma analizi yapılmıştır. Hem sağlıklı beş fazlı hem de açık devre arızalı dört fazlı makineler için analitik modeller türetilmiş ve bu sürüş sistemleri için simülasyon modelleri geliştirilmiştir. Açık devre arıza azaltma stratejileri araştırılmış ve üçüncü dereceden harmonik enjeksiyon olmadan indirgenmiş dereceli Clarke dönüşüm matrisi yöntemi benimsenmiştir. Bunlara ek olarak, bu analitik modeller ve simülasyonlar, GaN tabanlı bir evirici tarafından sürülen prototip üzerinde deneysel olarak doğrulanmıştır. Kapalı çevrim hız kontrolü, geleneksel PI kontrolcüleri kullanılarak standart alan yönlendirmeli kontrol ile normal ve hatalı çalışma modları için gerçekleştirilmiştir. Son olarak, makinenin sağlam yapısı, düşük elektriksel zaman sabiti sebebiyle avantajlı olduğu sonucuna varılmıştır. Yine de, hava çekirdekli makinenin düşük faz endüktansı nedeniyle niş veri ölçümü ve toplama cihazları ve yüksek kapasiteli sürücü devresi ile motor kontrolü kolaylaştırılabilir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the fault-tolerance capability of an air-cored, axial flux, five-phase permanent magnet synchronous machine. The air-cored stator is designed by adopting a novel winding topology that is called flat winding. The coils of flat winding are made by bending and grouping one within another of the flat wires made of a laser-cut thin aluminum sheet. This topology provides superior current ratings, better cooling performance, and a robust structure for the stator. As the coils are covered with epoxy resin afterward, inter-turn short circuit risk, which is the most common stator fault in electrical machines, is completely eliminated. Therefore, in this study, the main focus is the analysis and mitigation of winding open-circuit fault. Another advantage of the proposed topology is its multiphase structure. In the scope of this study, the design of a five-phase winding structure, analysis of the sizing of the 1.4 kW, 26 Nm, 525 RPM machine are made. Analytical models for both healthy five-phase and open-circuit faulted four-phase machines are derived, and the simulation models for these drive operations are developed. Open-circuit fault mitigation strategies are investigated, and reduced-order Clarke transformation matrix method without third-order harmonic injection is adopted. On top of that, these analytical models and simulations are verified experimentally on the manufactured prototype. Closed-loop speed control is performed for normal and faulted operation modes with standard field-oriented control, using conventional PI controllers. Finally, it is concluded that the machine is advantageous for its robust structure, low electrical time constant. Still, niche measurement, acquisition devices and driver are necessary due to the air-cored machine's low phase inductance.
Benzer Tezler
- Open-circuit fault-tolerant controlmethods for a multiphase permanentmagnet machine
Başlık çevirisi yok
ALİ AKAY
- Prefabrike beton bileşenlerle yapımda hata, boyutsal sapma ve toleranslar
Faults, dimensional deviations and tolerances in construction with prefabricated concrete components
ATIF FATİH SAYAN
- Development of a fault tolerant flight control system for a UAV
İnsansız bir hava aracı için hata toleranslı uçuş kontrol sistemi geliştirilmesi
SITKI YENAL VURAL
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
- Fault tolerant control of a missile autopilot system
Füze otopilot sisteminin arıza toleranslı kontrolü
YUSUF ÖNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Uçak MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
- İnsansız sualtı aracının matematiksel modelinin durum ölçümlerine dayalı olarak tanılanması ve hata toleranslı kontrol
Identification of the mathematical model of an unmanned underwater vehicle based on state measurements and fault tolerant control
EMRE ÜNEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİNGİZ HACIYEV