Macchina sincrona a magneti permanenti a due stelle di statore : modellazione e controllo

Dual three phase electric machine and drives were first used to limit current amplitude and later to reduce torque ripple. Many studies along the years, discussed in the first chapter, have recognized many advantages that cannot be found in the three phases machines such as the torque ripple reduction, a higher efficiency, a reduction of the per-phase current and a higher fault tolerance. However the mechanic and magnetic characteristics of these machines, especially for the interior permanent magnet ones, present challenges for current control that make it difficult to produce sufficient performance for the electric drive. In this thesis, after a brief recall to the three phases machines in chapter two, a novel modelling method will be proposed in chapter three. This transformation method is able to describe the machine with simplicity and precision at the same time in order to design a controller that can produce the desired dynamic and static performances. This model is based on the transformation of the two there phases stator windings in two fictitious two phases windings that do not have any residual magnetic coupling. Ones the machine parameters are evaluated in chapter four, several peculiarity of the machine will be deeply described in order to show the advantages of the model proposed and to motivate the control strategies adopted. The two control strategies, vector and direct, will be fully analyzed respectively in chapter five and six. Simulations will support both control schemes. In the seventh and last chapter few starting point will be given.

Le macchine elettriche a due stelle di statore sono state storicamente adottate, prima per ridurre il modulo delle correnti circolanti nelle fasi poi per ridurre le oscillazioni di coppia. La ricerca negli anni rivelò che esse hanno numerosi vantaggi rispetto alle classiche macchine trifase; quali per esempio la riduzione dell’oscillazione di coppia, una più alta efficienza, una riduzione delle sollecitazioni elettriche del convertitore e una più alta tolleranza ai guasti. Tuttavia le caratteristiche meccaniche e magnetiche di queste macchine, in particolare di quelle a magneti permanenti interni che rendono quindi anisotropa la macchina, rendono piuttosto complessa la progettazione di un sistema di controllo con prestazioni soddisfacenti come potrebbe essere quello di una macchina trifase. In questo elaborato si introdurrà un criterio di modellazione capace di rappresentare con precisione il comportamento della macchina descrivendola però con semplicità così da poter progettare un sistema di controllo performante. La modellazione si basa sulla trasformazione delle due stelle di statore in due avvolgimenti bifase che non hanno alcun accoppiamento magnetico residuo. Una volta valutati i parametri della macchina si metteranno in luce alcune peculiarità della macchina che motiveranno la scelta di modello effettuata, rispetto ad altri metodi in letteratura, e motiveranno le strategie di controllo adottate. Verrà proposta un attenta analisi delle due strategie di controllo così come i risultati ottenuti in simulazione. Quanto appena descritto verrà spiegato nel seguente ordine: nel primo capitolo si tratterà lo stato dell’arte delle machine multifase, nel secondo si faranno alcuni richiami riguardo le macchine trifase, nel terzo capitolo si descriverà il modello, nel quarto si proporranno i metodi di identificazione dei parametri, nel quinto e sesto capitolo rispettivamente il controllo vettoriale ed il controllo diretto di coppia, mentre nel settimo le conclusioni e le idee per gli eventuali sviluppi futuri.