Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4115
Main Title: Maximum torque control of a high speed switched reluctance starter/generator used in more/all electric aircraft
Translated Title: Drehmomentregelung eines hochdrehenden Switched Reluctance Starter-Generators (SR S/G) für die Anwendung in Flugzeugen
Author(s): Bui, Minh Dinh
Advisor(s): Schaefer, Uwe
Referee(s): Dieckerhoff, Sibylle
Phung Quang, Nguyen
Strunz, Kai
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die vorliegende Dissertation behandelt die Drehmomentregelung eines hochdrehenden Switched Reluctance Starter-Generators (SR S/G) für die Anwendung in Flugzeugen. Das Starter-Generatorsystem ist für ein konstantes Drehmoment von 15 Nm bis zur Drehzahl von 27.000 min -1 im Starterbetrieb und für eine konstante Leistung von 30 kW bis zur Drehzahl von 50.000 min -1 im Generatorbetrieb sowie eine Bordnetzspannung von 270 V spezifiziert. Im ersten Kapitel wird ein Überblick über die Literatur gegeben Darauf folgt eine Motivation aufgrund offener Forschungsfragen, die insbesondere eine optimierte Regelung unter Berücksichtigung der nichtlinearen magnetischen Eigenschaften von SRM betreffen. Im zweiten Kapitel wird ein 2D-FEA Modell vorgestellt, mit dem die Flussverkettung und das innere Drehmoment der SRM berechnet werden können. Diese Simulationen werden durch experimentelle Ergebnisse unter Berücksichtigung der Ummagnetisierungsverluste ergänzt. In Kapitel 3 werden Methoden zur Bestimmung der Ummagnetisierungsverluste und zur thermischen Analyse der SRM vorgestellt. Erstere ergeben sich durch Simulation auf Basis der Flussdichten in Stator und Rotor. Im nächsten Teil wird ein thermische Analyse auf Basis von Näherungsformeln und CFD-Simulation durchgeführt. Kapitel 4 behandelt eine Regelungsstrategie zur Maximierung des Drehmoments. Die rechnerisch optimierten Schaltwinkel werden in einer Look-Up-Tabelle für im experimentellen Aufbau gespeichert. Die Evaluation erfolgt auf Basis eines speziell für hochdrehende Antriebe geeigneten Drehmomentmessverfahrens, welches auf Beschleunigungsmessungen basiert. Die Leistung im Generatorbetrieb ergibt sich analog durch einen Abbremsversuch. Kapitel 5 fasst nochmals die wesentlichen Ergebnisse der Arbeit zusammen.
The maximum torque control has an important role in improving the torque performances of a high speed Switched Reluctance Starter/Generator (SR S/G) drive system. Especially for high speed switched reluctance drives, optimal torque control is a big challenge due to the non-linear magnetization characteristics of the flux and electromagnetic torque with the current and rotor position. To realize the maximum torque control strategy, some improved measurement techniques were used to characterize performance and optimized control parameters were applied to maximize the starting torque by an experimental setup. Many electronics and mechanical design ideas have been implemented to set up the test bench. The SR S/G performances have been obtained in starting and generating modes within a wide speed range of up to 47,000 rpm. High speed machines engineering spans multiple different high technologies. Some problems have occurred due to mechanical and electromagnetic structures, rotor bearings, power electronics and control methods, which will be treated in the appropriate chapters. The main contributions of this thesis are pointed out as follows: 1. The flux linkage and electromagnetic torque characteristics have been calculated by a FEA simulation method. The results have been validated by experiments with adequate measurement techniques which can remove iron loss current to improve the accuracy of the measurement method. 2. The iron losses calculation method for the high speed and flux density of the SRMs have been investigated by simulation and experiment. Based on the iron loss density of the SRM rotor and stator parts, the iron losses of the different components can be determined in both simulation and experimental models. Afterward, a thermal model of the SRM stator directly cooled the forced water system has been developed and verified experimentally. 3. The maximization of the average torque has been implemented by optimizing the turn-on and turn-off angles, torque and current controllers. The torque performance was validated by an indirect torque measurement based on the acceleration method. The torque performance was proven by the acceleration test and the results meet the requirements of the SR S/G performance. 4. The electric power of the switched reluctance generator has been measured by the deceleration test. The optimal turn-on and turn-off angles vs current and speed have been investigated to maximize the output power experimentally. 5. The acoustic noise frequency spectrum and the sound level have been measured at different speeds. The experimental results have been compared with the natural frequency of the SRM stator. Critical speeds have been identified by analyzing the resonant frequencies of the SRM.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-54519
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4412
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4115
Exam Date: 27-Mar-2014
Issue Date: 26-Sep-2014
Date Available: 26-Sep-2014
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Drehmomentregelung
hochdrehender Switched Reluctance Starter-Generator
Flugzeug
Maximum torque control
high speed switched reluctance starter generator
aircraft
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