Harmonic analysis of magnetomotive force in the air gap of six-phase asynchronous machines

Abstract

Asynchronous motors with six and more phases (usually n-three-phase) are increasingly accepted in electric drive systems of road transport, marine and even aeronautical transport. Multiphase machines are credited with multiple advantages such as: less torque ripple, better power distribution per phase, higher efficiency and fault tolerance capability compared to traditional three-phase machines. There are many publications, but few of them are dedicated to the in-depth study of the multiphase motor (m>3) and especially of the magnetic field in its air gap. The purpose of the present paper: the development of the mathematical model of the magnetomotive force in the air gap of the six-phase asynchronous machines, which determines the fundamental properties of the machine, the structure of the magnetic field and the torque developed, the efficiency, the error tolerance. The research is based on analytical studies and the results of suitable experimental measurements. The paper presents the mathematical model for the harmonic analysis of the magnetomotive force in the air gap of six-phase machines with possible variants of windings on the stator. Based on this study, it was demonstrated that only n-three-phase machines with asymmetrically arranged stator windings have the ability to attenuate higher harmonics with a major negative effect on the developed torque, the applicability and efficiency of traditional tools for reducing higher harmonics in the case of six-phase machines was confirmed. The results of measurements carried out on samples of six-phase machines confirm the findings and conclusions formulated in the paper.

Motoarele asincrone cu șase și mai multe faze (de regulă, n-trifazate) tot mai des sunt acceptate în cadrul sistemelor de acționare electrică a mijloacelor de transport rutier, naval și chiar aeronautic. Mașinilor multifazate li se atribuie multiple avantaje, cum ar fi: ondularea mai mică a cuplului, distribuția mai bună a puterii pe fază, eficiența mai mare și capacitatea de toleranță la erori în comparație cu mașinile trifazate tradiționale. Sunt multe publicații, dar puține din acestea sunt consacrate studiului aprofundat al motorului multifazat (m>3) și în deosebi a câmpului magnetic în întrefierul acestuia. Scopul prezentei lucrări: elaborarea modelului matematic al forței magnetomotoare în întrefierul mașinilor asincrone hexafazate, care determină proprietățile fundamentale ale mașinii, structura câmpului magnetic și a cuplului dezvoltat, eficiența, toleranța la erori. Cercetarea se bazează pe studii analitice și pe rezultate ale măsurătorilor experimentale adecvate. În lucrare este prezentat modelul matematic pentru analiza armonică a forței magnetomotoare în întrefierul mașinilor hexafazate cu variante posibile de înfășurări pe stator. În baza acestui studiu, s-a demonstrate că doar mașinile n-trifazate cu înfășurări statorice dispuse asimetric dispun de capacitatea de atenuare a armonicilor superioare cu efect negativ major asupra cuplului dezvoltat, s-a confirmat aplicabilitatea și eficiența instrumentelor tradiționale de reducere a armonicilor superioare în cazul mașinilor hexafazate. Rezultatele măsurătorilor efectuate pe mostre de mașini hexafazate confirmă constatările și concluziile formulate în lucrare.