Kaksoiskäämitty hybridibussin kestomagneettiajomoottori

Abstract

Tämä työ on tehty Lappeenrannan teknilliselle yliopistolle, joka on suunnitellut ja toteuttanut hybridibussin. Hybridibussin ajomoottorissa käytetään kaksoiskäämitystä, joka mahdollistaa bussin ajamisen vikatilanteessa, jossa toinen käämityksistä on epäkunnossa. Työn tavoitteena on selvittää, millainen kaksoiskäämitys toimii parhaiten tämän hybridibussin kestomagneettiajomoottorissa. Työssä tutustutaan ajomoottoreihin ja niiltä vaadittaviin ominaisuuksiin sekä vikasietoisiin sähkömoottoreihin. Tutkimuksessa löydettyihin vikasietoisiin ajomoottoreihin perustuen päädyttiin neljään kaksoiskäämitysvaihtoehtoon. Näitä kaksoiskäämityksiä tutkittiin FE-analyysiä hyödyntäen. Kaksoiskäämitysten toimintaa simuloitiin nimellis- ja vikatilanteessa. Simuloinnin tuloksista selvisi, että kaksoiskäämitys, jossa jokaisessa urassa oli puolet yhtä käämitystä ja puolet toista (kaksoiskäämitys 1), ei toiminut kunnolla nimellistilanteessa eikä vikatilanteessa. Suurin ongelma oli vikatilanteessa aiheutuva suuri oikosulkuvirta. Kaksoiskäämitys, jossa kaksi napaa oli samaa käämitystä (kaksoiskäämitys 2), toimi moitteettomasti nimellistilanteessa. Vikatilanteen toiminnassa kuitenkin havaittiin epäjaksollisuutta magneettivuontiheydessä, mikä on haitallista moottorin käynnille ja vaaraksi roottorille. Kaksoiskäämityksiä, joista ensimmäisessä oli neljäsosa konetta samaa käämitystä (kaksoiskäämitys 3) ja toisessa puolet koneesta samaa käämitystä (kaksoiskäämitys 4), tutkittiin vikatilanteessa vain magneettivuontiheyden osalta. Puolet ja puolet käämityn koneen osalta magneettivuontiheys osottautui epäjaksolliseksi kuten oli odotettu. Neljäsosiksi käämityn koneen magneettivuontiheys oli säännöllisen jaksollinen. Nimellispisteessä kaksoiskäämityksillä 3 ja 4 havaittiin suuri vääntöväre verrattuna kaksoiskäämityksiin 1 ja 2. Johtopäätöksenä kaksoiskäämitys 3 vaikuttaa lupaavalta, mikäli suuri nimellispisteen vääntöväre saadaan hallintaan käyttämällä uravinoutta staattorissa.

This study was done for Lappeenranta University of Technology, which has designed and put together a hybrid bus. A dual winding is used in the traction motor of the hybrid bus, which makes it possible to drive the bus in case of a fault where one of the windings is broken. The objective of the study is to find out what kind of dual winding system works best in the perma-nent magnet traction motor of this hybrid bus. The study looks at traction motors and what features are required of them as well as fault tolerant electric motors. Based on the fault toler-ant traction motors found during research four dual winding arrangements were selected. These dual windings were researched using FE-analysis. The operation of the dual windings was simulated in nominal and faulty conditions. Simulation results revealed that the dual wind-ing arrangement, of which every stator slot had half of the slot wound with one winding and half with the other (dual winding 1), did not work properly in either nominal or faulty condition. The biggest problem was a huge short circuit current during faulty condition. The dual wind-ing, which had every two poles wound with same winding (dual winding 2), worked perfectly in nominal condition. However, in faulty condition magnetic flux density was found to be non-periodic, which is harmful for the running of the motor and dangerous for the rotor. The dual windings, from which one had quarter of the machine wound with same winding (dual winding 3) and the other had half of the machine wound with same winding (dual winding 4), were re-searched only for their magnetic flux densities in faulty condition. The magnetic flux density of the half and half wound machine was found to be nonperiodic as was expected. The mag-netic flux density of the machine that was wound in quarters was periodic. In nominal point with dual windings 3 and 4 a big torque ripple compared to windings 1 and 2 was detected. As result dual winding 3 seems promising if the torque ripple in nominal point can be diminished using stator skewing.