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Indirect Efficiency Determination and Parameter Identification of Permanent-Magnet Synchronous Machines

Deusinger, Björn (2021):
Indirect Efficiency Determination and Parameter Identification of Permanent-Magnet Synchronous Machines. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00018915,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Indirect Efficiency Determination and Parameter Identification of Permanent-Magnet Synchronous Machines
Language: English
Abstract:

This thesis presents a method for efficiency determination of inverter-fed permanent-magnet synchronous machines by summation of the individual losses. For electrically excited synchronous machines there are already standardized methods, as for high efficiency values the direct procedure of input/output measurement is too inaccurate. With the novel method for machines in the base speed range, the individual losses are determined at the no-load experiment and the removed rotor test and recalculated for rated operation. The prerequisites and the analysis of the experiments are described. To evaluate the procedure, measurement series are performed on five different permanent-magnet synchronous machines with a rated power of 45 kW ... 160 kW. The indirect efficiency is compared with a direct measurement. Also for four of the five test machines finite element simulations are carried out to prove the assumptions of the proposed method. The result is, that for four of the test machines a good accordance with deviations below 0.5 % at rated operation conditions is reached. But because of the special design of the fifth test machine the losses and thus the efficiency show deviations of about 1 %. In total, the indirect procedure is usable as an adequate replacement for typical kinds of permanent-magnet synchronous machines with distributed windings and especially for big rated powers, where the direct method is too imprecise. In addition to the efficiency determination the thesis also shows, how to determine the no-load voltage, the short-circuit current, and the synchronous inductance by using the described experiments.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Diese Arbeit präsentiert ein Verfahren, um den Wirkungsgrad von umrichtergespeisten Permanentmagnet-Synchronmaschinen im Einzelverlustfahren zu ermitteln. Für elektrisch erregte Synchronmaschinen sind bereits seit langem derartige Verfahren standardisiert, da für sehr hohe Wirkungsgrade die direkte Messung aus Eingangs und Ausgangsleistung zu ungenau ist. Mit Hilfe des neuartigen Verfahrens für Maschinen im Grunddrehzahlbereich werden die Einzelverluste im Leerlaufversuch sowie im Bohrungsfeldversuch bestimmt und für den Bemessungsbetrieb umgerechnet. Die Anforderungen an die Versuche und deren Auswertung werden beschrieben. Zur Evaluation des Messverfahrens werden Versuchsreihen an fünf unterschiedlichen Permanentmagnet- Synchronmaschinen mit Bemessungsleistungen von 45 kW ... 160 kW durchgeführt, wobei letztlich der indirekte Wirkungsgrad mit einer direkten Messung verglichen wird. Außerdem werden für vier der fünf Testmaschinen Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt, um die Annahmen, welche für das Verfahren getroffen werden, zu überprüfen. Es zeigt sich, dass für vier der Testmaschinen bei Bemessungsbetrieb eine gute Übereinstimmung mit Abweichungen kleiner als 0.5 % erzielt werden kann. Die fünfte Testmaschine hat aufgrund ihrer Konstruktion ein spezielles Verlustspektrum, sodass hier die Methode Abweichungen von ca. 1 % zeigt. Insgesamt empfiehlt sich die indirekte Methode aber als adäquater Ersatz für die direkte Messung bei typischen Permanentmagnet-Synchronmaschinen mit verteilten Wicklungen und vor allem bei großen Bemessungsleistungen, wo die direkte Methode zu ungenau ist. Neben der Wirkungsgradbestimmung wird gezeigt, wie sich anhand der beschriebenen Versuche zusätzlich die Leerlaufspannung, der Kurzschlussstrom sowie die Synchroninduktivität der Testmaschinen lässt.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xiii, 207 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Energy Conversion
Date Deposited: 29 Jun 2021 13:35
Last Modified: 29 Jun 2021 13:35
DOI: 10.26083/tuprints-00018915
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-189155
Referees: Binder, Prof. Dr. Andreas ; Doppelbauer, Prof. Dr. Martin
Refereed: 9 November 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/18915
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