Sürekli Mıknatıslı Bir Senkron Makinenin Zaman Domeni Relüktans Devre Modeli

Abstract

Bu tez çalışmasında, sürekli mıknatıslı senkron makinenin daha önce statik durum için kurulmuş olan modelinin geliştirilerek dinamik simülasyonunun elde edilmesi açıklanmaktadır (S. Alkan, Sürekli Mıknatıslı Senkron Makinelerin Simülasyonu için Fourier Serisi ve Relüktans Devresi Yaklaşımıyla bir Karma Modelin Geliştirilmesi, Y.L. Tezi, İTÜ Fen Bil. Ens., 2004). Hava aralığı manyetik vektör potansiyelinin Fourier serisine açılmış formülasyonu kullanılarak Maxwell Gerilme Tensörü yöntemi ile endüklenen moment elde edilmiştir. Ardından stator devresinde endüklenen elektro-motor kuvvet (emk) makine manyetik eşdeğer devresinden hesaplanan akı kullanılarak açıklanmıştır. SMSM´nin mekanik ve elektromanyetik davranışını gösteren denklem takımları bağlanarak SMSM´nin elektriksel ve mekanik parametreleri için zaman domeni çözümü geliştirilmiştir. Tüm bu denklemler, 24 oluklu, 4 kutuplu rotorunda NdFeB tipi sürekli mıknatıslar olan bir sürekli mıknatıslı senkron motor için MATLAB yazılım dilinde programlanarak, farklı yük durumları için motorun zaman domeni dinamik simülasyon sonuçları elde edilmiştir. Ek olarak stator sargısı iç sargılarındaki hata için motorun dinamik davranışı modellenmiştir.

The work presented in this thesis is concerned with development of a dynamic model for permanent magnet synchronous machines (PMSM), as an extension to the steady-state magnetic circuit model previously developed (S. Alkan, Hybrid Fourier Series and Reluctance Network Approach for Modeling Permanent magnet Synchronous machines, MSc. Thesis, İTÜ Ins. of Science and Tech., 2004). The magnetic vector potential expressed by Fourier’s series is used to calculate the electromagnetic torque by means of Maxwell Stress Tensor (MST). The electro-motor force (emf) induced in the stator’s electrical circuit is expressed by using the magnetic flux calculated from the magnetic equivalent circuit model of the machine. A set of differential equations representing the electromagnetic behavior and mechanical behavior of the PMSM are linked together and iteratively solved to obtain the time-domain solution for the mechanical and electrical parameters the PMSM. Time-domain simulation of permanent magnet synchronous motors has been implemented in MATLAB program. A 4-pole, 24-slot, Nd-Fe-B permanent magnet synchronous motor is tested for different loading conditions. In addition, a internal turn-to-turn faults in the stator phase coils are simulated and dynamic behavior of the machine is presented.