Magnetic bearing as switched reluctance motor

Abstract

The goal of this work was to research the similarities between active magnetic bearings and switched reluctance motor and particularly research the chances for converting magnetic bearing into switched reluctance motor. In addition, ways to cope with the widely reported problems the motor type has were studied. The test environment consisted of test rig, previously used for testing control methods for magnetic bearing. In addition to this, MATLAB Simulink simulation models were built to help the designing of the test setup. The test setup had two alternative controllers, an original magnetic bearing controller, modified to work as a motor controller and a new CompactRIO-based controller that was used for comparing different speed control and commutation methods. New rotor designs were engineered to work with the prototype motor that used unmodified magnetic bearing stator. This setup was tested for obtaining the output torque and maximum speed of the motor together with the accuracy to follow set values. Test results of simulations and test setup were inside the error margins, showing the use of simulations beneficial in design process of this type of a motor. The tests revealed differences between the control methods, suggesting using the advanced angle controller and adjustable commutation angles.

Työn tavoitteena oli tutkia yhteneväisyyksiä aktiivimagneettilaakerien ja vaihtoreluktanssimoottorin välillä. Tutkimus keskittyi erityisesti arvioimaan mahdollisuuksia muuntaa magneettilaakeri vaihtoreluktanssimoottoriksi. Lisäksi tutkittiin keinoja ratkaista ongelmia, joita tämän tyyppisessä sähkömoottorissa on raportoitu olevan. Testiympäristö koostui roottorikoelaitteesta, jota on aikaisemmin käytetty magneettilaakerin säätöjärjestelmän tutkimuksessa. Lisäksi rakennettiin MATLAB Simulink simulointimalli, jota käytettiin moottorin säätöjärjestelmän suunnittelun apuna. Testilaitteessa oli kaksi vaihtoehtoista säätöjärjestelmää; alkuperäinen magneettilaakerin ohjain muokattuna toimimaan moottorin ohjaimena sekä uusi CompactRIO -järjestelmään perustuva säätöjärjestelmä. Jälkimmäistä käytettiin erilaisten nopeus- ja kommutointitapojen vertailuun keskenään. Prototyyppimoottorin staattori oli sama, jota käytettiin magneettilaakerin kanssa. Roottori suunniteltiin sopimaan juuri tähän käyttötarkoitukseen. Tätä koelaitetta testattiin vääntömomentin ja maksiminopeuden selvittämiseksi. Lisäksi suoritettiin testejä, joissa tutkittiin kykyä seurata nopeuden asetusarvoa. Simuloimalla saadut tulokset olivat hyvin lähellä koelaitteella saatuja tuloksia osoittaen simuloinnin käytön olevan hyödyllistä tämän tyyppisen moottorin suunnittelussa. Säätömenetelmät suoriutuivat vaihtelevalla menestyksellä testeistä. Suositeltava säätömenetelmä oli edistyskulman säädin, joka käytti hyväkseen säädettäviä kommutointikulmia.