Modeling of permanent magnet electric drive in full electric wheel loader

Thumbnail Image

Files

master_Pyrhönen_Lauri_2020.pdf (3.19 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden 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.

Authors

Date

2020-06-15

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

en

Pages

62+5

Series

Abstract

Variable speed drives are entering heavy duty vehicle drive lines, improving their performance and reducing emissions. Especially, the market of permanent magnet machines is emerging due to high efficiency and compact size of the machines. In that transition, the challenge is to fit the electric motor, a new type of drive line component, into drive lines originally designed for combustion engines. In order to make the modification as smooth as possible, simulation models are needed to show the performance with an electric drive. In this study, a simulation model of the electric drive was developed. The model is based on the electric drive and electrical machine parameters and test results. The model predicts performance of the permanent magnet variable speed drive taking into account thermal behavior of the drive. The novel model was compared with the currently used electric drive model, referred later as comparison model, which takes into account also fast electrical transients. The novel loss model predicts the inverter losses very accurately compared to the comparison model. In terms of model usability, the semiconductor thermal values are comparable enough with the respective values of the comparison model.

Pyörimisnopeussäädetyt sähkökäytöt yleistyvät työkoneiden voimalinjoissa parantaen niiden suorituskykyä sekä vähentäen päästöjä. Erityisesti kestomagnetoitujen tahtikoneiden markkina kasvaa johtuen niiden korkeasta hyötysuhteesta sekä suhteellisen pienestä koosta. Tässä muutoksessa haasteena on kuitenkin sovittaa sähkömoottori voimalinjaan, joka on alun perin suunniteltu polttomoottoritekniikalle. Tätä siirtymää helpottamaan tarvitaan simulointimalleja, jotka ennustavat järjestelmän käyttäytymistä, kun se varustetaan sähkökäytöllä. Tässä työssä toteutettu simulointimalli perustuu sähkökoneen sekä invertterin tunnettuihin parametreihin sekä testituloksiin ja se ennustaa invertterillä syötetyn kestomagnetoidun sähkökäytön suorituskykyä huomioiden erityisesti termiset rajoitukset. Mallia verrattiin jo käytössä olevaan sähkökäytön simulaattoriin, joka huomioi myös hyvin nopeat sähköiset ilmiöt. Tulosten perusteella invertterille kehitetyn häviömallin arvot ovat hyvin lähellä vertailusimulaattorin arvoja. Lisäksi tehopuolijohdekomponenttien lämpenemäarvot vastaavat mallin käytettävyyden kannalta riittävällä tarkkuudella vastaavia vertailusimulaattorin arvoja.

Description

Supervisor

Tammi, Kari

Thesis advisor

Sinervo, Anssi

Keywords

PMSM, VSD, simulation, heavy-duty machinery, thermal modeling, inverter losses

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202006213932

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG