Analysis and fault tolerant control of a five-phase axial flux permanent magnet synchronous machine

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.