Oikosulkumoottorin mallintaminen taajuusmuuttajakäytön simuloinnissa
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2012
Department
Major/Subject
Tehoelektroniikka
Mcode
S-81
Degree programme
Language
fi
Pages
[7] + 38 s.
Series
Abstract
Tämän työn tavoitteena oli kehittää oikosulkumoottorin avaruusvektorimalli, jolla voidaan kuvata moottorin dynamiikka ja laskea moottorin häviöt riittävällä tarkkuudella taajuusmuuttajakäytössä. Kirjallisuudesta löydettyjen mallien pohjalta muodostettiin uudenlainen malli, jossa häviöiden kannalta oleellisimmat ilmiöt on otettu huomioon. Magneettipiirin kyllästys kuvataan mallissa epälineaarisella magnetointi-induktanssilla, joka on staattorivuon funktio. Perusaallon synnyttämät hystereesi- ja pyörrevirtahäviöt kuvataan epälineaarisella rautahäviöresistanssilla, joka on staattorivuon ja staattorivuon indusoiman jännitteen funktio. Yliaaltojen synnyttämät häviöt kuvataan roottoripuolelle muodostetulla sarjamuotoisella Fosterin kytkennällä. Mallin lisäksi työssä kehitettiin menetelmä, jolla mallin parametrit voidaan identifioida kokeellisesti tavalliselle teollisesti valmistetulle moottorille. Menetelmässä moottoria ajetaan taajuusmuuttajalla ilman kuormaa usealla syöttöjännitteellä ja -taajuudella sekä nimellisellä kuormalla usealla kytkentätaajuudella. Kaikissa toimintapisteissä mitataan pyörimisnopeus sekä jännitteen ja virran käyrämuodot. Jännitteen ja virran perusaalto ja yliaallot saadaan käyrämuodoista FFT-algoritmin (Fast Fourier Transform) avulla. Lisäksi mitataan staattorikäämin resistanssi. Mallin parametrit sovitettiin onnistuneesti 7,5 kW:n moottorilla eri toimintapisteissä saatuihin mittaustuloksiin. Mallista muodostettiin tilaesitys ja mallin toimivuus testattiin simuloimalla. Tehtyjen simulointien perusteella mallia voitaisiin soveltaa taajuusmuuttajan vuoreferenssin ja kytkentätaajuuden optimoinnissa.The goal of this thesis was to develop a space vector model of an induction motor that could be used to describe the dynamics and calculate the losses of the motor with adequate accuracy in variable speed drives. Based on models found in literature a novel model was developed in which the most essential phenomena affecting the motor losses are considered. The magnetic saturation is modeled by a nonlinear magnetizing inductance that is a function of stator flux. The hysteresis and eddy current losses at the fundamental frequency are modeled by a nonlinear core loss resistance that is a function of stator flux and the voltage induced by stator flux. The losses at higher frequencies are modeled by a series Foster circuit formulated at the rotor side. In addition to the model, a method was developed for identifying the model parameters for a standard industrially manufactured motor. In this method the motor is driven by a frequency converter with no load using several supply voltages and frequencies and with nominal load using several switching frequencies. The rotation speed and the waveforms of voltage and current are measured at each operating point. The voltage and current components at the fundamental frequency and at higher frequencies are extracted from the waveforms using the FFT (Fast Fourier Transform) algorithm. In addition, the resistance of stator winding is measured. The model parameters were successfully fitted to data measured at different operating points for a 7.5 kW motor. A state space representation of the model was developed and the functionality of the model was tested by simulations. Based on the simulations the model could be applied in the optimization of the flux reference and the switching frequency of the frequency converter.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Laitinen, MattiKeywords
induction motor, modeling, saturation, core losses, skin effect, oikosulkumoottori, mallintaminen, kyllästys, rautahäviöt, virranahto
