Dynamic modeling and vector control of a five-phase induction machine under normal and fault operating conditions

In recent years, the widespread adoption of electric drives has extended well beyond indus- trial applications, finding increasing relevance in the transportation sector due to growing of the environmental awareness. Electric machines, traditionally based on a three-phase architecture, are commonly employed for their well-established design and performance characteristics, however multiphase machines represent a promising alternative. Their appeal lies in specific application domains where distributing the total power across more phases is advantageous, and where high system reliability, together with the capability of maintaining operation under fault conditions, is of primary importance. Modern appli- cations that exploit these features include electric vehicles and railway traction systems, all-electric ships, more-electric aircraft, wind energy generation, and all those particular loads that require continuous operation of the motor after one or more phases become open-circuited. Among the different machine topologies, symmetrical five-phase induction motors have attracted significant attention in recent research; although other multiphase configurations, like the dual three-phase induction machine, are also increasingly studied, supported by the availability of more advanced microprocessors. The present thesis fo- cusesonthemodelingandcontrolofafive-phaseinductionmachinewiththefieldoriented control technique; then, different algorithms for the post fault operation when one stator phase is open-circuited has been proposed and the results of the simulations, carried out with different load torques and reference speeds, have been reported and discussed. The study id concluded with the modification of the model in the case where two adjacent and non-adjacent phases are open-faulted.

Negli ultimi anni, la diffusione dei sistemi di azionamento elettrici si è estesa ben oltre le applicazioni industriali, trovando una crescente rilevanza anche nel settore dei trasporti grazie alla maggiore consapevolezza ambientale. Le macchine elettriche, tradizionalmente basate su un’architettura trifase, sono comunemente impiegate per le loro caratteris- tiche di progetto e prestazioni consolidate; tuttavia, le macchine multifase rappresentano un’interessante alternativa. Il loro vantaggio risiede in specifici ambiti applicativi in cui la distribuzione della potenza totale su un numero maggiore di fasi è conveniente, e in cui l’elevata affidabilità del sistema, insieme alla capacità di mantenere il funzionamento in condizioni di guasto, riveste un’importanza primaria. Applicazioni moderne che sfrut- tano queste caratteristiche includono veicoli elettrici e sistemi di trazione ferroviaria, navi completamente elettriche, aeromobili, generazione di energia eolica, e tutti quei parti- colari carichi che richiedono il funzionamento continuo del motore anche dopo il guasto di una o più fasi. Tra le diverse tipologie di macchine, i motori asincroni simmetrici a cinque fasi hanno suscitato notevole interesse nella ricerca recente; altre configurazioni polifase, come le macchine asincrone esafase, sono anch’esse sempre più studiate, grazie anche alla disponibilità di microprocessori più avanzati. La presente tesi si concentra sulla modellazione e sul controllo di una macchina asincrona pentafse mediante la tecnica del controllo ad orientamento di campo; successivamente vengono proposti diversi algo- ritmi per il funzionamento successivo all’ apertura di una fase dello statore, riportando e discutendo i risultati delle simulazioni eseguite con differenti coppie di carico meccanico e velocità di riferimento. Lo studio si conclude con la modifica del modello nel caso di apertura di due fasi dello statore sia adiacenti ed anche non adiacenti.