Recently, permanent magnet assisted (PMa)-synchronous reluctance motors (SynRM) have been considered as a possible alternative motor drive for high performance applications. In order to have an efficient motor drive, performing of three steps in design of the overall drive is not avoidable. These steps are design optimization of the motor, identification of the motor parameter and implementation of an advanced control system to ensure optimum operation. Therefore, this dissertation first deals with the design optimization of the Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor (PMa-SynRM). Various key points in the rotor design of a low cost PMa-SynRM are introduced and their effects are studied. Finite element approach has been utilized to show the effects of these parameters on the developed average electromagnetic torque and the total d-q inductances. As it can be inferred from the name of the motor, there are some permanent magnets mounted in the rotor core. One of the features considered in the design of this motor is the magnetization of the permanent magnets mounted in the rotor core using the stator windings to reduce the manufacturing cost. At the next step, identification of the motor parameters is discussed. Variation of motor parameters due to temperature and airgap flux has been reported in the literatures. Use of off-line models for estimating the motor parameters is known as a computationally intensive method, especially when the models include the effect of cross saturation. Therefore in practical applications, on-line parameter estimation is favored to achieve a high performance control system. In this dissertation, a simple practical method for parameter estimation of the PMa-SynRM is introduced. Last part of the dissertation presents one advanced control strategy which utilized the introduced parameter estimator. A practical Maximum Torque Per Ampere (MTPA) control scheme along with a simple parameter estimator for PMa-SynRM is introduced. This method is capable of maintaining the MTPA condition and stays robust against the variations of motor parameters. Effectiveness of the motor design procedure and the control strategy is validated by presenting simulation and experimental results of a 1.5 kW prototype PMa-SynRM, designed and manufactured through the introduced design method.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή ενός κυκλώματος για την οδήγηση ενός κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Σκοπός είναι η μελέτη και κατασκευή ενός κυκλώματος τριφασικού αντιστροφέα τάσης για τηνλειτουργία και τον έλεγχο των στροφών ενός κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Αν θέλαμε νακάνουμε μια περιγραφή του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης και να δώσουμε έναν ορισμό,θα μπορούσαμε να πούμε ότι: «Ο κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης βασίζει τη λειτουργίατου στη ροπή αντίδρασης (reluctance torque), ροπή αντίδρασης ονομάζεται η ροπή που επάγεται σε ένα σιδερένιο αντικείμενο όταν κάποιο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο αναγκάζει το αντικείμενο αυτό να ευθυγραμμιστεί με το πεδίο. Αυτή η ροπή αναπτύσσεται επειδή το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο επάγει ένα πεδίο στο σίδηρο του αντικειμένου, το οποίο τείνει ναευθυγραμμιστεί με το μαγνητικό πεδίο που το προκάλεσε.» Αρχικά μελετώνται οι βασικές αρχές λειτουργίας του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Αναλύεται τομαθηματικό μοντέλο που διέπει τη λειτουργία του και γίνεται αναφορά στη μορφή και τα βασικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του. Επίσης γίνεται μια σύντομη αναδρομή στην ιστορία των κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης καθώς και μία σύγκριση αυτού του είδους κινητήρα με άλλουςκινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος. Και αναλύονται τα πλεονεκτήματά του που τον καθιστούνανταγωνιστικό προς αυτούς. Στη συνέχεια γίνεται μια θεωρητική ανάλυση του κυκλώματος του τριφασικού αντιστροφέα τάσηςπου κατασκευάσαμε, καθώς και όλων των υπολοίπων κυκλωμάτων που είναι αναγκαία για τηλειτουργία του. Επιπροσθέτως αναλύεται η μέθοδος παλμοδότησης των διακοπτικών στοιχείων τουαντιστροφέα τάσης που χρησιμοποιήσαμε , και είναι η «Ημιτονοειδής Διαμόρφωση Εύρους Παλμών» Στο επόμενο βήμα αναλύουμε τον τρόπο κατασκευής του κυκλώματος του τριφασικού αντιστροφέατάσης που ακολουθήσαμε καθώς και του πλήρους κυκλώματος παλμοδότησης του. Ενώ γίνεται καιαναλυτική περιγραφή του βιομηχανικού μικροελεγκτή πουχρησιμοποιήσαμε για την παραγωγή τωνπαλμών , με τη μέθοδο της «Ημιτονοειδούς Διαμόρφωσης Εύρους Παλμών» Τέλος παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα πουδιενεργήθηκαν αφότου κατασκευάσαμε το κύκλωμα οδήγησης του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. / The purpose of this thesis is the analysis and construction of a three phase reluctance motor drive system. At first the special characteristics of the syncronous reluctance motors are analyzed. After that there is a theoretical analysis of the three phase inverter circuit, and finally is described the construction of the drive system

L’enjeu de la thèse concerne la modélisation électromagnétique des machines synchrones à réluctance, avec comme objectif final : obtenir un modèle suffisamment précis et rapide pour, d’une part, être capable de calculer les ondulations de couple et d’autre part servir pour de l’optimisation dimensionnelle et pouvoir être couplé à un logiciel de type circuit pour tester une loi de commande. Un modèle du type schéma réluctant a été mis en place petit à petit avec validations à chaque étape. La modélisation des échanges dans l’entrefer utilise en final une fonction originale (intégrale de Fermi-Dirac) qui a entièrement été paramétrée avec les dimensions caractéristiques de la machine.Ce modèle de la machine, piloté par les courant, a ensuite été couplé avec un circuit électrique grâce à une interface de transformation tension-courant. Les optimisations réalisées avec ce modèle ont permis de mettre en évidence certains manques dans les contraintes dimensionnelles initiales et, celles-ci corrigées, de montrer que ce modèle était parfaitement utilisable pour cette démarche d’optimisation. / This thesis aims the electromagnetic modeling of synchronous reluctance machines, with a final goal: to obtain a fast and sufficiently accurate model, able to calculate the torque ripple and to be used for optimal machine design and also capable to be coupled to circuit software to test control techniques.A MEC (magnetic equivalent circuit) model was created step-by-step and validated at each step. Final model of the air-gap is based on a function (Fermi-Dirac integral), which has been completely parameterized by machine dimensions. This model of the machine is driven by current; afterwards it was coupled with an electric circuit thanks to a voltage-current transformation interface. The optimizations made with the model allowed to highlight some deficiencies in the initial dimensional constraints. After corrections the model could be efficiently used in an optimization process.

This diploma thesis deals with design of rotor of synchronous reluctance machines. There is a theoretical description of rotor geometry of synchronous reluctance machine that respects natural flow of magnetic flux inside complete rotor. The parametric model of rotor is made with usage of ANSYS Maxwell and Matlab software. Furthermore, the parameters of the machines are confirmed using the same program. Finally, changes of motor parameters are observed in connection with different rotor geometries.

No description available.

No description available.

Les travaux présentés ici portent sur le dimensionnement et l’étude d’une machine à réluctance variable excitée par un courant continu homopolaire de type``Lyndell´´. De telle structure connaît un regain d’intérêt avec de nouvelles topologies pour des applications spécifiques. Dans le cas des travaux présentés, l’application visée est la conversion d’énergie éolienne avec un stockage inertiel. Cette machine a une bobine d’excitation qui est solidaire du stator et située entre les pôles saillants. Le rotor est massif et comporte deux paires de pôles dont les axes polaires peuvent être parallèles ou perpendiculaires. Le stator possède deux enroulements sur deux demi-stators de machine classique dont l’un est fixe et l’autre orientable manuellement suivant l’axe de rotation du rotor. Cette possibilité d’orientation permet à la machine d’être équipée de l’un ou l’autre des deux types de rotor. Le dimensionnement et l’étude de cette machine sont basés sur le modèle des réseaux de perméances. L’élaboration du modèle, par une subdivision de la structure étudiée en zones à induction homogène, est effectuée à partir de l’analyse des lignes de champ obtenues par la méthode des éléments finis bidimensionnels pour l’ensemble « dent - entrefer - encoche », et les autres parties de la machine (culasse, rotor) sont tridimensionnels. Ces éléments finis constituent également la référence pour valider le modèle développé et pour vérifier le niveau de saturation de la machine. Le modèle par réseaux de réluctance est ensuite utilisé pour dimensionner un prototype, à pôles parallèles ou en quadrature et pour en étudier les performances à vide et en charge. Enfin, le prototype réalisé est étudié pour les deux types de rotor. Les résultats expérimentaux, comparés aux calculs de simulation, montre des concordances très satisfaisantes / The work presented here is devoted to the dimensioning and the study of a switched reluctance machine excited by a homopolar D.C. current of Lyndell type. Such structure knows a renewed interest with new topologies for specific applications. In the case of work had presented, the application concerned for is the wind energy transformation with an inertial storage. The field coil of the machine placed in the stator and is located between the rotor salient poles. The rotor is massive and comprises two pairs of poles. These poles have parallel or perpendicular axes. The stator has two windings placed on two classical half-stators, one of which is fixed and the other is manually adjustable along the axis of rotation of the rotor. This orientation allows the machine to be equipped with one or the other of two types of rotor. The dimensioning and the study of this machine are based on the model of the reluctance network. The development of the model, by a subdivision of the studied structure into homogeneous induction zones, is made from the flux lines obtained by the two-dimensional finite element method for whole tooth-air-gap-slot, and the other parts of the machine (stator breech, rotor) are three-dimensional. The finite element methods also constitute the reference to validate the developed model and check the saturation level of the machine. The reluctance network model is then used for sizing a prototype with the parallel or perpendicular poles and for studying the performances in no load and with load machine. Finally, the realised prototype is studied for both types of rotor. The experimental results compared with the simulation show very satisfactory concordances

Du fait de sa robustesse et de son faible coût, la machine synchro-réluctante (MSR) constitue une alternative intéressante à la machine asynchrone. A pertes égales, une MSR bien optimisée offre un couple et par suite un rendement plus élevés. Ainsi, la MSR est très compétitive pour les applications à haute vitesse, à forte puissance ou à haute température. Cette thèse se propose d’optimiser les machines synchro-réluctantes à rotor massif et avec barrières de flux pour produire le maximum de couple avec un facteur de puissance le plus élevé possible. Pour cela, une modélisation originale utilisant des réseaux de perméances non linéaires a été mise au point pour les deux types de MSR. Les modèles proposés sont significativement plus rapides et aussi précis que les modèles par éléments finis. De plus, la réalisation d’un prototype à barrières de flux a permis de les valider expérimentalement. / Because of its robustness and its low cost, the synchronous reluctance motor (SynRM) is an interesting alternative to the induction motor. At equal losses, a correctly optimized SynRM offers a higher torque and then a higher efficiency. Thus, the SynRM is very comptetitive for high speed, high power or high temperature applications. This thesis intends to optimize massive rotor and flux barrier rotor SynRM to produce the maximum torque with the highest possible power factor. For this purpose, an original non linear reluctance network modeling of synchronous reluctance motors with a massive or a flux barrier rotor was developed. The proposed models are significantly faster than the finite element ones and take accurately into account the saturation of all ferromagnetic parts of the motor. The construction of a flux barrier rotor prototype allowed an experimental validation of the modeling approach.

In diesem Beitrag wird gezeigt, welche Auswirkung die Rotorform einer Reluktanzmaschine und die Ansteuerung mittels Umrichter auf den Verlusthaushalt der Maschine hat. Darüber hinaus werden die Möglichkeiten zur Verluststeuerung, welche sich durch den Betrieb von Reluktanzmaschinen ergeben, vorgestellt. / This paper shows the effect of the rotor shape of a reluctance machine and the converter control on the losses of the machine. In addition, it will be shown which possibilities for loss control will result from the operation of reluctance machines.

No description available.