Riassunto analitico
Con l’aumento di necessità di motori elettrici ad alta densità di potenza, la probabilità che si verifichino dei guasti all’interno degli avvolgimenti del motore a causa del deterioramento dell’isolante sta aumentando. Pertanto, lo studio di questo tipo di guasti nelle macchine elettriche è importante in modo da identificare i principali parametri di cambiamento durante un guasto. Perciò, questa tesi ha l’obiettivo di studiare approfonditamente gli effetti di questi guasti nei motori elettrici attraverso simulazioni agli elementi finiti. La condizione preliminare di guasto negli avvolgimenti viene chiamata guasto per cortocircuito spira-spira: l’isolante degli avvolgimenti si danneggia all'aumentare della frequenza di switching dell'inverter a causa di picchi di tensione, e questo danneggiamento può causare il cortocircuito tra le spire di uno stesso avvolgimento. Uno studio approfondito di questi guasti è presentato in questa tesi, a partire dalla modellazione circuitale di corto-circuiti spira-spira, fino ad arrivare a simulazioni di questi guasti in una macchina a magneti permanenti superficiali. Il prototipo usato per questi studi è una macchina esa-fase. Le macchine multi-fase sono utili quando è richiesta elevata affidabilità del motore, in quanto essendo alimentati da più di un inverter permettono più libertà nelle strategie di controllo.
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Abstract
With the increase in demand of high-power density electric motors, the probability of electrical faults happening in the windings of the motor due to insulation damage is increasing. Therefore, the study of these type of faults in electric machines is crucial in order to identify parameters that change during a fault. Therefore, this thesis has to aim to give a study in the effects of these faults in electric motors through finite element simulations.
The initial condition of damage in the windings of the motor is called inter-turn short circuit fault: the insulation of the windings is damaged when there is an increase on the switching frequency of the inverter due to voltage peaks, which can cause a short-circuit between the turns of the same winding. A deepen study of inter-turn short circuit faults is carried in this thesis, starting from the analytical-circuit based modelling of inter-turn short circuit faults to conclude with simulations of various inter-turn short circuit faults in a surface mounted permanent magnets electric motor.
The prototype used for these studies is a six phase motor. Multi phase machines are useful for the enhanced reliability of the motor, since they are supplied by multi-inverters permitting more degree of freedom in the control strategies of the motor.
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