МОДЕЛЮВАННЯ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОМОДУЛЬНОГО ТРИФАЗНОГО БЕЗЩІТКОВОГО ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ЗА НЕЗБАЛАНСОВАНОГО МОДУЛЬНОГО НАВАНТАЖЕННЯ
ARTICLE_3_PDF (English)

Ключові слова

brushless DC motor (BLDCM)
dual three-phase BLDCM
magnetic coupling
electromagnetic torque ripple
imbalanced modular loading
control system двигун постійного струму (БДПС)
двомодульний трифазний БДПС
магнітний зв’язок
пульсації електромагнітного моменту
незбалансоване модульне навантаження
система керування

Як цитувати

[1]
Shchur, I., Kharchyshyn В. і Turkovskyi, V. 2023. МОДЕЛЮВАННЯ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОМОДУЛЬНОГО ТРИФАЗНОГО БЕЗЩІТКОВОГО ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ЗА НЕЗБАЛАНСОВАНОГО МОДУЛЬНОГО НАВАНТАЖЕННЯ. ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА. 3 (Квіт 2023), 022. DOI:https://doi.org/10.15407/techned2023.03.022.

Анотація

Електричні машини, побудовані за модульним принципом – з кількома трифазними обмотками на статорі, є новим напрямком сучасної електромеханіки, оскільки мають низку переваг у порівнянні з традиційними однообмотковими машинами. Серед цих переваг найважливішими є підвищення енергетичної ефективності та стійкості до відмов, що є особливо важливим для електричних транспортних засобів з автономним живленням. Проте наявність взаємоіндуктивного зв’язку між модулями, а також їхнє неоднакове електричне навантаження підсилюють пульсації електромагнітного моменту, притаманні тій чи іншій системі електропривода. У роботі досліджено пульсації електромагнітного моменту в двомодульному безщітковому двигуні постійного струму (БДПС) за різних навантажень його модулів у випадках відсутності та наявності взаємного магнітного зв’язку між комплектами обмотки якоря, а також у випадках роботи привода у розімкненій та замкненій системах керування. Дослідження проводили шляхом моделювання в середовищі Matlab/Simulink на коловій моделі реального макетного зразку двомодульної машини з постійними магнітами, розробленій за результатами моделювання її магнітного поля методом скінченних елементів. Адекватність результатів моделювання підтверджено експериментальним дослідженням. Результати досліджень шляхом моделювання двомодульного БДПС показали збільшення відносних пульсацій електромагнітних моментів, створюваних окремими модулями як через наявність магнітного зв’язку між комплектами обмотки якоря, так і через відхилення від рівномірного навантаження модулів. Однак на рівні всього двомодульного БДПС показана значна взаємна компенсація пульсацій електромагнітних моментів модулів, особливо якщо вони магнітно зв’язані. Наявність замкнутих систем керування окремими модулями значно зменшує пульсації сумарного електромагнітного моменту, спричинені різним навантаженням модулів, особливо у випадку магнітно незв’язаних модулів. Бібл. 26, рис. 7, табл. 3.

https://doi.org/10.15407/techned2023.03.022
ARTICLE_3_PDF (English)

Посилання

Stippich A., van der Broeck C.H., Sewergin A., Wienhausen A.H., Neubert M., Schulting P., Taraborrelli S., van Hoek H., De Doncker R.W. Key components of modular propulsion systems for next generation electric vehicles. CPSS Transactions on Power Electronics and Applications. 2017. Vol. 2. Is. 4. Pp. 249–258. DOI: https://doi.org/10.24295/CPSSTPEA.2017.00023

Galassini A., Costabeber A., Gerada C., Buticchi G., Barater D. A modular speed-drooped system for high reliability integrated modular motor drives. IEEE Transactions on Industry Application. 2016. Vol. 52. Is. 4. Pp. 3124–3132. DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2016.2540608

Shchur I., Turkovskyi V. Integrated system of modular power supply and multilevel control of brushless DC motor for electric vehicles. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020. Vol. 6. Pp. 107–115. DOI: https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-6/068

Salem A., Narimani M.A. Review on multiphase drives for automotive traction applications. IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2019. Vol. 5. Is. 4. Pp. 1329–1348. DOI: https://doi.org/10.1109/TTE.2019.2956355

Kuznetsov B., Bovdui I., Nikitina T., Kolomiets V., Kobilyanskiy B. Multi-motor plant related electric drives robust control synthesis. Proceedings of the 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). Istanbul, Turkey, September 07-11, 2020. Pp. 242–245. DOI: https://doi.org/10.1109/IEPS51250.2020.9263169

Zhao W., Xu L., Liu G. Overview of permanent-magnet fault-tolerant machines: Topology and design. CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2018. Vol. 2. Is. 1. Pp. 51–64. DOI: https://doi.org/10.23919/TEMS.2018.8326451

Hasoun M., El Afia A., Khafallah M., Benkirane K. Experimental implementation a PWM strategy for dual three-phase PMSM using 12-sector vector space decomposition applied on electric ship propulsion. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2020. Vol. 11. No 4. Pp. 1701–1710. DOI: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v11.i4.pp1701-1710

Shchur I., Kasha L., Bukavyn M. Efficiency evaluation of single and modular cascade machines operation in electric vehicle. Proceedings of the IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). Lviv–Slavske, Ukraine, February 25-29, 2020. Pp. 156–161. DOI: https://doi.org/10.1109/tcset49122.2020.235413

Patel V.I., Wang J., Nugraha D.T., Vuletić R., Tousen J. Enhanced availability of drivetrain through novel multiphase permanent-magnet machine drive. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2015. Vol. 63. No 1. Pp. 469–480. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2435371

Muqorobin A., Dahono P. A. Study of current ripple characteristics of inverter-fed multiple three-phase alternating current motors. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2022. Vol. 13. No 1. Pp. 68–83. DOI: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v13.i1.pp68-83

Zoric I., Jones M., Levi E. Arbitrary power sharing among three-phase winding sets of multiphase machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018. Vol. 65. No 2. Pp. 1128–1139. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2733468

Hu M., Hua W., Zhang H., Zhao G., Ma G., Xu S. Modeling and control of a dual three-phase permanent magnet machine accounting for asymmetry between two winding sets. Proceedings of the International Conference on Electrical Machines (ICEM). Gothenburg, Sweden, August 23-26, 2020. Pp. 2111–2117. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEM49940.2020.9270708

Eldeeb H., Abdelrahem M., Hackl C., Abdel-Khalik A.S. Enhanced electromechanical modeling of asymmetrical dual three-phase IPMSM drives. Proceedings of the 27th IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). Cairns, Australia, June 12-15, 2018. Pp. 126–132. DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2018.8433755

Fu Z., Liu J., Xing Z. Performance analysis of dual-redundancy brushless DC motor. Energy Reports. 2020. No 6. Pp. 829–833. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.11.125

Bogusz P., Korkosz M., Prokop J. A study of dual-channel brushless DC motor with permanent magnets. Proceedings of the 2016 13th Selected Issues of Electrical Engineering and Electronics WZEE. Rzeszow, Poland, May 4-8, 2016. Pp.1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/WZEE.2016.7800189

Shchur I., Turkovskyi V. Open-end winding dual three-phase BLDC motor drive system with integrated hybrid battery-supercapacitor energy storage. Proceedings of the IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). Kremenchuk, Ukraine, September 21-24, 2021. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/MEES52427.2021.9598697

Mozaffari Niapour S.A.KH., Shokri Garjan GH., Shafiei M., Feyzi M.R., Danyali S., Bahrami Kouhshahi M. Review of permanent-magnet brushless DC motor basic drives based on analysis and simulation study. International Review of Electrical Engineering (IREE). 2014. Vol. 9 (5). Pp. 930–957. DOI: https://doi.org/10.15866/iree.v9i5.827

Shchur I., Jancarczyk D. Electromagnetic torque ripple in multiple three-phase brushless DC motors for electric vehicles. Electronics. 2021. Vol. 10 (24). 3097. Pp. 1–25. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics10243097

Yan H., Xu Y., Zou J., Wang B., Jiang S. A maximum current sharing method for dual-redundancy brushless DC Motor control. Proceedings of the 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). Hangzhou, China, October 22-25, 2014. Pp. 1057–1061. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEMS.2014.7013634

Bian C., Li X., Zhao G. The peak current control of permanent magnet brushless DC machine with asymmetric dual-three phases. CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2018. Vol. 2. Pp. 29–135. DOI: https://doi.org/10.23919/TEMS.2018.8326459

Mahalingam K., Chellaiah Ramji N.K. A comparative analysis of torque ripple reduction techniques for sensor BLDC drive. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2022. Vol. 13. No 1. Рp. 122–131. DOI: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v13.i1.pp122-131

Krishnakumar V., Madhanakkumar N., Pugazhendiran P., Bharathiraja C., Sriramkumar V. Torque ripple minimization of PMBLDC motor using simple boost inverter. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2019. Vol. 10. No 4. Pp. 1714–1723. DOI: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v10.i4.pp1714-1723

Makarchuk O., Kharchyshyn B., Kasha L. Analysis of the magneto-mechanical characteristic of double three-phase PMSM. Proceedings of the IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, Ukraine, August 26-28, 2021. Pp. 333–338. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575684

Li G. J., Ren B., Zhu Z. Q. Design guidelines for fractional slot multi-phase modular permanent magnet machines. IET Electric Power Applications. 2017. Vol. 11. Pp. 1023–1031. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2016.0616

Yokoi Y., Higuchi T., Miyamoto Y. General formulation of winding factor for fractional-slot concentrated winding design. IET Electric Power Applications. 2016. Vol. 10. Pp. 231–239. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2015.0092

Shchur I., Rusek A., Makarchuk O., Lis M. The simulation model of a synchronous machine with permanent magnets that takes into account magnetic saturation. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). 2013. No 4. Pp. 102–105. URL: http://pe.org.pl/articles/2013/4/22.pdf (accessed at 25.09.2022).

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Авторське право (c) 2023 Array

Переглядів анотації: 113 | Завантажень PDF: 71

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.