Design of an interior permanent magnet synchronous machine with a wide speed range for electric vehicle applications
Elektrikli araç uygulamaları için geniş hız aralığına sahip bir gömülü kalıcı mıknatıslı senkron makine tasarımı
- Tez No: 851426
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE BOSTANCI ÖZKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: 106
Özet
Gömülü Kalıcı Mıknatıslı Senkron Makineler (IPMSM), yüksek güç yoğunlukları ve verimlilikleri nedeniyle elektrikli araç çekiş uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir elektrik makinesinin ulaşabileceği maksimum hız, elektriksel ve mekanik kısıtlamalarla sınırlıdır. Bu nedenle, daha geniş bir hız aralığına ulaşmak için makinenin geometrisinin optimize edilirken voltaj ve akım limitlerini göz önünde bulundurmak ve ayrıca rotorun mekanik bütünlüğünü koruduğundan emin olmak gerekir. Bu tezin amacı V-şekilli kalıcı mıknatıslara sahip 150 kW 18000 rpm IPMSM'i geniş bir hız aralığı için tasarlamak ve optimize etmektir. Moment dalgalanmasını ve makinenin hacmini en aza indirirken temel hızda ve maksimum hızda gerekli güç çıkışlarına sahip bir tasarım elde etmek için MATLAB ve ANSYS Maxwell kullanılarak elektrik makinesinin detaylı çok amaçlı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Yüksek hızlarda mekanik bütünlüğü sağlamak için rotor geometrisindeki akı bariyerlerine radyal bağlantılar dahil edilmektedir. Ancak bu, rotor kaçak akısını artırması nedeniyle çıkış gücünü olumsuz etkilenmektedir. Optimizasyonlarda radial bağlantı kalınlığının doğru bir şekilde ayarlanması gerektiğinden, yeni bir yarı analitik radial bağlantı kalınlığı hesaplama yöntemi önerilmiştir. Önerilen yöntemde, gerekli radyal bağlantı kalınlığı, rotor parametrelerinin ve önceden çalıştırılan statik mekanik analizlerinden elde edilen sonuçların bir fonksiyonu olarak belirlenir. Optimizasyon sonuçları elde edildikten sonra, nihai tasarım seçilmiş ve ANSYS Maxwell ve ANSYS Structural aracılığıyla doğrulanmıştır. Seçilen IPMSM'in olumsuz koşullar altında düzgün çalıştığından emin olmak için makinenin sargılar arası kısa devre hata durumu altındaki çalışması analiz edilmiştir. Son olarak, küçük ölçekli bir prototip IPMSM tasarlanmış ve performansı aktif kısa devre koşulu altında incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Interior Permanent Magnet Synchronous Machines (IPMSMs) are commonly used for electric vehicle traction applications due to their high power density and efficiency. The maximum speed that an electric machine can achieve is limited by electrical and mechanical constraints. Therefore, the machine's geometry needs to be optimized to achieve a wider speed range considering the voltage and current limits while maintaining its mechanical integrity. This thesis focuses on designing and optimizing a 150 kW 18000 rpm IPMSM with V-shape permanent magnets for a wide speed range. A detailed multi-objective optimization of the electric machine is carried out using MATLAB and ANSYS Maxwell to obtain a design with required power outputs at base speed and maximum speed while minimizing the torque ripple and the machine's volume. To ensure robustness at high speeds, radial ribs are included in the rotor geometry. However, this negatively impacted the output power due to increased rotor leakage flux. As rib thickness must be accurately set in the optimizations, a new semi-analytical rib thickness calculation method is proposed. In the proposed method, the required thickness of the radial rib is determined as a function of the rotor's parameters and pre-run static mechanical analysis. After obtaining the optimization results, the final design is selected and validated through ANSYS Maxwell and ANSYS Structural. The selected IPMSM is then studied under the Inter-Turn Short Circuit condition to ensure proper functioning under adverse conditions. Finally, a small-scale prototype IPMSM is designed, and its performance is studied under the active short circuit condition.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlar için gömülü mıknatıslı senkron motor tasarım metodolojisi ve gerçeklenmesi
Design methodology and implementation of interior permanent magnet synchronous motor for electric vehicles
HATİCE KURNAZ ARAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- Cogging torque and performance optimization of an interior permanent magnet synchronous motor used in commercial washing machines
Ticari çamaşır makinelerinde kullanılan gömülü daimi mıknatıslı senkron motorların tutunma momenti ve performans en uygunlaştırması
EGE ÜNLÜTEPE KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Dişlisiz asansör sistemleri için ferrite tabanlı gömülü mıknatıslı senkron makine tasarımı
Design of ferrite based interior permanent magnet synchronous motor for gearless elevator systems
HİCRET YETİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN MEŞE
- Design and analysis of interior permanent magnet machines equipped with novel semi-overlapping windings for electric vehicle applications
Elektrikli araç uygulamaları için yeni yarı kesişen sargılarla donanımlı gömülü kalıcı mıknatıslı makinaların tasarımı ve analizi
TAYFUN GÜNDOĞDU
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜVEN KÖMÜRGÖZ KIRIŞ
- Elektrikli araçlar için gömülü sürekli mıknatıslı senkron makine tasarımının en uygunlaştırılmasına katkılar
Contributions to optimisation of interior permanent magnet synchronous machine for electric vehicles
AHMET HAKAN OĞUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ