Improving the Flux-Weakening Capability of Interior Permanent Magnet Machines by Number of Turns Changing Methodology

Abstract

Bu çalışmada, sınırlı akı zayıflatma (AZ) kapasitesi ve verimi aynı anda arttırabilmek için farklı sipir sayılarına sahip birbirinden izole iki adet sargısı olan bir gömülü tip kalıcı mıknatıslı (IPM) makina geliştirilmiştir. Akı ayarlayabilme aralığı, AZ kapasitesini düşüren sınırlı maksimum inverter gerilimi ve yüksek manyetik doygunluk nedeniyle sınırlanmaktadır. Kısıtlı AZ kabiliyetini geliştirmek için, ana sargıya göre daha düşük sipir sayısına sahip yardımcı bobinlerin sistematik olarak anahtarlanması ile akı bağlantısının azalmasını sağlayan benzersiz bir sarım-anahtarlama konsepti tanıtılmıştır. Sargı topolojileri, tasarım hususları, AZ ilkesi ve hesaplamaları tümüyle ele alınmıştır. Önerilen AZ kapasitesi geliştirme stratejisinin uygulanabilirliğini doğrulamak için, çeşitli sargı topolojilerine sahip IPM makinelerinin kararlı durum ve AZ performans özelliklerini belirlemek için 2-boyutlu sonlu elemanlar yöntemine (SEY) ve MatLab kodlarına dayalı bir ortak simülasyon prosedürü kullanılmıştır. Klasik ve önerilen IPM makinalarının tüm kararlı durum ve AZ performans özellikleri nicel olarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca, bu çalışmada sağlanan analitik ve sayısal hesaplamaların doğruluğunu sağlamak için, orijinal Toyota Prius 2010 IPM makinasının öngörülen verimlilik haritası, sağlanan verimlilik ölçümleri kullanılarak doğrulanmıştır.

Numerical Investigations on Operation Modes and Transients of IPM Machines with Dual Windings

“…Many different methods have been proposed to improve the flux-weakening capability of electric machines. Among these methods, winding reconfiguration/changeover and number of turn change techniques (Swamy et al, 2005;Maemura et al, 2005;Kume et al, 1991;Gündoğdu, 2022) and double fed or dual inverter method (Tang et al, 2017;Takatsuka et al, 2014;Fuchs et al, 2008;Schraud et al, 2008;Hijikata et al, 2012;Lin et al, 2020) are the most popular ones. The electrical winding changeover technique is an effective way to extend the speed control range (Kume et al, 2004;Swamy et al, 2005;Maemura et al, 2005;Kume et al, 1991;Gündoğdu, 2022).…”

“…Among these methods, winding reconfiguration/changeover and number of turn change techniques (Swamy et al, 2005;Maemura et al, 2005;Kume et al, 1991;Gündoğdu, 2022) and double fed or dual inverter method (Tang et al, 2017;Takatsuka et al, 2014;Fuchs et al, 2008;Schraud et al, 2008;Hijikata et al, 2012;Lin et al, 2020) are the most popular ones. The electrical winding changeover technique is an effective way to extend the speed control range (Kume et al, 2004;Swamy et al, 2005;Maemura et al, 2005;Kume et al, 1991;Gündoğdu, 2022). Making the power losses in the converter as modest as feasible is another crucial factor to take into account for motor drive systems (Gündoğdu, 2022;Tang et al, 2017;Takatsuka et al, 2014).…”

“…The electrical winding changeover technique is an effective way to extend the speed control range (Kume et al, 2004;Swamy et al, 2005;Maemura et al, 2005;Kume et al, 1991;Gündoğdu, 2022). Making the power losses in the converter as modest as feasible is another crucial factor to take into account for motor drive systems (Gündoğdu, 2022;Tang et al, 2017;Takatsuka et al, 2014). In (Gündoğdu, 2022), the windings number of turn change method has been successfully implemented into an IPM machine and a significantly improved torque at constant power region and increased efficiency at constant torque region has been achieved.…”

“…Making the power losses in the converter as modest as feasible is another crucial factor to take into account for motor drive systems (Gündoğdu, 2022;Tang et al, 2017;Takatsuka et al, 2014). In (Gündoğdu, 2022), the windings number of turn change method has been successfully implemented into an IPM machine and a significantly improved torque at constant power region and increased efficiency at constant torque region has been achieved. It has been reported in (Tang et al, 2017) that the reconfigurable windings enable a reduction in motor size for a given power rating as well as an increase in motor output power for a given size, while also enhancing system drive cycle efficiency.…”