Datum
2022Autor
Dhamodaran, NidheshSchlagwort
620 Ingenieurwissenschaften ElektrofahrzeugDauermagneterregte SynchronmaschineAntriebsregelungMehrphasenmaschineLeistungsdichte <Kerntechnik>EffizienzInterleavingMetadata
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Buch
Optimization of multiphase permanent magnet synchronous machines on system level with reduced losses
Zusammenfassung
Die Anforderungen an elektrische Maschinen in Elektrischen- und Hybrid- Elektrischen Fahrzeugen sind eine hohe Leistungsdichte, ein Stator und Rotor magnetisches Feld mit niedrigem Oberwelleninhalt und bestes akustisches Verhalten. Sechsphasige permanent magneterregte Synchronmaschinen zeigen signifikante Vorteile gegenüber den konventionellen dreiphasigen PMSMs, wie beispielsweise reduziertem Strom pro Phase im Umrichter, weniger Grundwellenverlusten aufgrund eines besseren Wicklungsfaktors und eine erhöhte Fehlertoleranz. Auf der anderen Seite ist, unter Annahme desselben Bauraums, der Anstieg des Drehmoments sehr gering. Aus diesem Grund liegt der Hauptfokus dieser Dissertation auf der Erhöhung der Leistungsdichte mehrphasiger elektrischer Antriebe, wo Optimierungen und Untersuchungen auf Systemebene durchgeführt werden. Simulationen auf Systemebene, welche die Leistungselektronik, unterschiedliche Steuerungsstrategien sowie die elektrischen Maschinen beinhalten, werden entwickelt und untersucht. Unter Berücksichtigung der elektrischen und mechanischen Phasenverschiebung zwischen den zwei-dreiphasigen Wicklungen werden verschiedene Wicklungskonzepte der sechsphasigen elektrischen Maschine entwickelt, um ein besseres Verständnis von deren Vor- und Nachteilen zu gewinnen. Detaillierte Analysen werden durchgeführt, um die Quellen und Einflüsse der Oberwellen sowie hochfrequenten durch den Umrichter induzierten Oberschwingungen auf die Verluste und Performanz der elektrischen Maschine zu verstehen. Das Drehmoment, Eisenverluste, Magnetverluste sowie Kupferverluste werden insbesondere hinsichtlich Umrichter getakteter sowie sinusförmiger Stromeinprägungen untersucht.
The requirements of an electrical machine (EM) in Electric- (EV) and Hybrid Electric Vehicles (HEV) are high power density, a stator and rotor field with low harmonic content and best acoustic behavior. Six-phase permanent magnet synchronous machines (PMSM) have significant benefits over conventional three-phase PMSMs, such as reduced current per inverter phase leg, less fundamental losses because of a better winding factor and increased fault tolerance. Despite their advantages, considering the same installation space, the torque per ampere increase of a six-phase PMSM is very marginal. Therefore, the main focus of this dissertation lies in increasing the power density of the multiphase electric drive, where optimizations and investigations are done on a system level. System level simulation models, which consist of the power electronics, different control strategies and the electrical machines are developed and studied. Considering the electrical and mechanical phase shift between the two three-phase winding sets, different winding concepts of the sixphase EM are developed, in an effort to gain a better understanding of their advantages and disadvantages. Detailed analyses are performed, in order to understand the sources and influences of the space harmonics and high frequency inverter-induced time harmonics on the losses and performance of the EM. In particular, this dissertation will examine the EM torque, iron losses, magnet losses and copper losses for both inverter switched currents and sinusoidal currents supply.
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Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2021Druckausgabe
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