بهبود مشخصه ماشین القایی دو سو تغذیه بدون جاروبک با استفاده از یک مدار رتور جدید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 دانشیار، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

3 استاد، پژوهشکده GREEN، دانشکده برق و مکانیک، دانشگاه لورن، فرانسه

چکیده

در مقاله حاضر، یک مدار جدید رتور برای یک ماشین القایی دو سو تغذیه بدون جاروبک (BDFFIM) با سیم‌پیچی‌ قدرت 8 قطب و سیم‌پیچی‌ کنترل 4 قطب مطرح شده است. با استفاده از مدار رتور مطرح شده، تزویج متقابل سیم‌پیچی قدرت استاتور و مدار رتور و در پی آن تزویج متقاطع بین سیم‌پیچی‌های قدرت و کنترل استاتور این ماشین افزایش یافته است. بنابراین با استفاده از مدار رتور جدید یک ماشین BDFIM با ظرفیت گشتاور بالاتر به دست آمده است. برای ارزیابی رفتار ماشین یک مدل دینامیکی برای ماشین BDFIM پایه‌گذاری شده است و از آن به عنوان یک ابزار سریع جهت بررسی و مقایسه کردن مشخصه‌های ماشین مطرح شده با ماشین‌های BDFIM گذشته با حلقه‌های سری و موازی استفاده شده است. مدل دینامیکی ارایه شده بر مبنای مفهوم مدارهای با تزویج چندگانه بنا نهاده شده است. اندوکتانس‌های مغناطیس کنندگی ماشین متغیرهای این مدل هستند و با استفاده از روش تابع سیم‌پیچی به دست آمده‌اند. مدل دینامیکی تهیه شده با استفاده از روش تحلیل اجزای محدود گذرا مورد اعتبار‌سنجی قرار گرفته است. در نهایت نشان داده شده است که با استفاده از مدار رتور مطرح شده، تزویج متقاطع بین سیم‌پیچی‌های استاتور افزایش یافته است و در نتیجه آن جریان مغناطیس کنندگی و تلفات اهمی در ماشین BDFIM مطرح شده کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1]     G. Esfandiari, M. Ebrahimi, A. Tabesh, and M. Esmaeilzadeh, “Dynamic Modeling and Analysis of Cascaded DFIMs In an Arbitrary Reference Frame,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 30, no. 3, pp. 999-1007 ,Sep. 2015.
[2]     N.  Patin,   E. Monmasson, and  J.  Louis,  “Modelling and Control of a Cascaded Doubly Fed Induction Generator Dedicated to Isolated Grids,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 56, no. 10, pp. 4207- 219, Oct. 2009 .
[3]     S. Thaghipour Boroujeni, “Complex vector modeling of a doubly fed cascaded cage rotor induction machine,” Journal of Electr. Eng Springer, vol. 102,  pp. 1831-1842, Sep. 2020.
[4]     S. Basak  and C. Chakraborty, “Dual Stator Winding Induction Machine: Problems Progress and Future Scope‌,” Trans. Ind. Elec., vol. 62, no. 7, pp. 4641-4652, July 2015, 
[5]     P.  Han,  M.  Cheng,  X.  Wei,  and  N.  Li, “Modeling and Performance Analysis of A Dual-Stator Brushless Doubly-Fed Induction Machine Based on Spiral Vector Theory,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 52, no. 2, pp. 1380 - 1389, March/April 2016.
[6]     F. Xiong  and  X.  Wang, “Design of a Low Harmonic-Content Wound Rotor for the Brushless Doubly Fed Generator,” IEEE Trans. Energy Convers., vol .29, no.1, March 2014, pp.158-168
[7]     R. Mahon, P. Roberts, X. Wang, and P. Tavner, “Performance of BDFM as generator and motor,” 
 vol. 153, no. 2, pp. 289-299, March 2006. 
[8]     S. Williamson, A. Ferreira, and A. Wallace, “Generalised theory of the brushless doubly-fed machine I-analysis,” IEE Proc. Electr. Po w. App., vol. 144, no.2, pp.111–122, March 2007.
[9]     H. Gorginpour, B. Jandaghi, and H. Oraee, “A novel rotor configuration for brushless doubly-fed induction generators, IET Electr. Power Appl,”  vol. 7, p. 106. 
[10]  L. Ou, X. Wang, F. Xiong, and  C. Ye, “Reduction of torque ripple in a wound-rotor brushless doubly-fed machine by using the tooth notching‌,”  Electric Power Applications IET, vol. 12, no. 5, pp. 635-642, 2018.
[11]  C. Kan, T. Ren, and  Y. Hu, “Design and experimental analysis of a wound brushless doubly Fed machine based on a rotor with the reluctance effect‌‌,” ‌ vol. 13, no. 4, pp. 551-558, 2019.
[12]  F. Zhang, H. Wang, S. Yu, and D. Ma, “Rotor optimisation design and performance comparison of BDFG for wind power generation, IET Electr. Power Appl., vol. 13, no. 3, pp. 370-378, 2019.
[13]  H. R. Mohabati, J. S. Moghani, and S. T. Boroujeni, “Fully laminated shell-type three-phase rotating transformer for brushless applications ,” IET Electric Pow. Applications, vol. 9, no. 5, pp. 349-357.
[14]  H. R. Mohabati, J. S. Moghani, S. T. Boroujeni, “Complex vector modelling and sequence analysis of the integrated three-phase rotating transformer for design of a symmetrical structure ,” IET Electric Pow. Applications, vol. 10, no. 7, pp. 649-657.
[15]  T. D. Strous, H. Polinder, J. A. Ferreira, “Brushless doubly-fed induction machines for wind turbines: developments and research challenges” IET Electr. Power Appl., pp.1–10.
[16]  C. Ferreira and S. Williamson, “Time-stepping finite-element analysis of brushless doubly fed machine taking iron loss and saturation into account,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 35, no. 3, pp. 583–588, May/June 1999. 
[17]  X. Wang  and et all, “Modeling and Optimization of Brushless Doubly-Fed Induction Machines Using Computationally Efficient Finite Element Analysis,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol .52, no.6, pp. 4525-4534, Nov.-Dec. 2016.
[18]  F. Barati, S. Shao, E. Abdi, H. Oraee, and R. McMahon, “Generalized Vector Model for the Brushless Doubly-Fed Machine With a Nested-Loop Rotor”, Trans. Ind. Elec., vol. 58, no. 6, pp. 2313-2321, Aug 2010.
[19]  F. Blazquez, C. Veganzones, D. Ramirez, and C. Platero, “Characterization of the Rotor Magnetic Field in a Brushless Doubly-Fed Induction Machine,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 24, no.3, pp. 599 – 607, Sep  2009,
[20]  J. Chen and W. Zhang, “Harmonics in brushless doubly fed induction generator for torque ripple analysis and modeling,” IEEE Trans. Magn., vol.50, no.11, pp. 8203604, 2014.
[21]  X. Wang, T. D. Strous, D. Lahaye, H. Polinder,  and 
J. A. Ferreira, “Computationally efficient calculation of skew effects in brushless doubly-fed induction machines‌,”  Electric Power Applications IET, vol. 11, no. 3, pp. 303-311, 2017.
[22]  H. M. Hesar, H. A. Zarchi, and G. A. Markadeh, “Modeling and Dynamic Performance Analysis of Brushless Doubly Fed Induction Machine Considering Iron Loss‌,”  IEEE  Trans. Energy Convers , vol. 35, no. 1, pp. 193-202, 2020.
[23]  M. E. Mathekga ,S. Ademi ,and R. A. McMahon, “Brushless Doubly Fed Machine Magnetic Field Distribution Characteristics and Their Impact on the Analysis and Design,” IEEE Trans. Energy Convers., vol .34, no.4, pp.2180-2188, Dec. 2019
[24]  R. Oraee,  E. McMahon, S. Abdi, and S. Ademi, “Influence of Pole-pair Combinations on the Characteristics of the Brushless Doubly Fed Induction Generator,” has been accepted to be published in IEEE Trans. Energy Convers.,
[25]  L. Han, X. Ou, J. Du, X. Han, and Y. Guo, “Study of Direct Coupling in Stator Dual Windings of a Brushless Doubly Fed Machine‌,”  IEEE Trans. Energy Convers., vol. 32, no. 3, pp. 974-982, 2017.
[26]  E. Oraee, S. Abdi, R. McMahon and P. Tavner, “Effects of rotor winding structure on the BDFM equivalent circuit parameters‌,”  IEEE Trans. Energy Convers., vol. 30, no. 4, pp. 1660-1669, Dec. 2015
[27]  R. Mc Mahon and et all, “Characterising brushless doubly fed machine rotors,” IET Electr. Power Appl., vol.7, no. 7, pp.535–543. 2013,
[28]  X. Wang, “Modeling and Design of Brushless Doubly-Fed Induction Machines, Ph.D. thesis, TU Delf University, 2017.
[29]  R. McMahon, M. E. Mathekga, X. Wang, and  M. R. Tatlow, “Design considerations for the brushless doubly-fed induction machine,” IET Electr. Power Appl., vol. 10, no. 5, pp. 394–402‌, 2016.
[30]  P. C. Robert, “A Study of Brushless Doubly-Fed Induction Machines,” Ph.D. thesis, Cambridge University, 2005
[31]  H. Djadi, K. Yazid, and M. Menaa, “Parameters identification of a brushless doubly fed induction machine using pseudo-random binary signal excitation signal for recursive least squares method,”  IET Electr. Power Appl., vol. 11, no. 9, pp. 1585–159‌5, 2017.
[32]  L. Alberti, N. Bianchi, and S. T. Boroujeni, “Finite element estimation of induction motor parameters for sensorless applications,” COMPEL, Tan. vol.31, no.1, pp. 191-205, 2012.
دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 24
شماره پیاپی 24، دوفصلنامه بهار و تابستان
فروردین 1401
صفحه 69-79
  • تاریخ دریافت: 30 بهمن 1399
  • تاریخ بازنگری: 21 فروردین 1400
  • تاریخ پذیرش: 28 فروردین 1400