Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Dual-Mode Wound Rotor Synchronous Machine for Variable Speed Applications

Creators

  • 1. Hanyang University
  • 2. Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences
  • 3. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 4. Sukkur IBA University
  • 5. University of Management and Technology

Description

This paper presents a novel dual-mode wound rotor synchronous machine (DWRSM) for variable speed applications. The proposed machine combines the advantages of both the conventional wound rotor synchronous machine (CWRSM) and the brushless wound rotor synchronous machine (BWRSM). Unlike the existing BWRSM, through the dual-mode operation of the proposed machine, constant torque is achieved in the constant torque region by operating the machine in mode-I, i.e., as a CWRSM, and constant power is achieved in the field weakening region by operating the machine in mode-II, i.e., as a BWRSM. The mode change is performed through an additional thyristor drive circuit. The airgap magnetomotive force (MMF) in both modes is derived analytically. To verify this principle, finite element analysis (FEA) and an experiment on a 1- horsepower prototype machine was performed, and key influential factors were verified. The transients in the stator currents and torque during the mode change was analyzed. The test results validated the correctness of the theory and the FEA results.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه الورقة آلة متزامنة جديدة ثنائية الوضع لدوار الجرح (DWRSM) لتطبيقات السرعة المتغيرة. تجمع الآلة المقترحة بين مزايا كل من الآلة المتزامنة التقليدية لدوار الجرح (CWRSM) والآلة المتزامنة لدوار الجرح بدون فرشاة (BWRSM). على عكس BWRSM الحالي، من خلال التشغيل ثنائي الوضع للآلة المقترحة، يتم تحقيق عزم دوران ثابت في منطقة عزم الدوران الثابت من خلال تشغيل الماكينة في الوضع الأول، أي في صورة CWRSM، ويتم تحقيق طاقة ثابتة في منطقة إضعاف المجال من خلال تشغيل الماكينة في الوضع الثاني، أي في صورة BWRSM. يتم إجراء تغيير الوضع من خلال دائرة تشغيل ثايرستور إضافية. يتم اشتقاق القوة الدافعة المغناطيسية للفجوة الهوائية (MMF) في كلا الوضعين بشكل تحليلي. للتحقق من هذا المبدأ، تم إجراء تحليل العناصر المحدودة (FEA) وتجربة على نموذج أولي بقوة 1 حصان، وتم التحقق من العوامل المؤثرة الرئيسية. تم تحليل العابرين في تيارات العضو الساكن وعزم الدوران أثناء تغيير الوضع. تحققت نتائج الاختبار من صحة النظرية ونتائج FEA.

Translated Description (French)

Cet article présente une nouvelle machine synchrone à rotor enroulé bimode (DWRSM) pour des applications à vitesse variable. La machine proposée combine les avantages de la machine synchrone à rotor enroulé conventionnelle (CWRSM) et de la machine synchrone à rotor enroulé sans balais (BWRSM). Contrairement au BWRSM existant, grâce au fonctionnement bimode de la machine proposée, un couple constant est obtenu dans la région de couple constant en faisant fonctionner la machine en mode I, c'est-à-dire en tant que CWRSM, et une puissance constante est obtenue dans la région d'affaiblissement de champ en faisant fonctionner la machine en mode II, c'est-à-dire en tant que BWRSM. Le changement de mode est effectué par l'intermédiaire d'un circuit de commande de thyristor supplémentaire. La force magnétomotrice d'entrefer (MMF) dans les deux modes est dérivée analytiquement. Pour vérifier ce principe, une analyse par éléments finis (FEA) et une expérience sur un prototype de machine de 1 cheval-vapeur ont été effectuées, et des facteurs d'influence clés ont été vérifiés. Les transitoires dans les courants et le couple du stator pendant le changement de mode ont été analysés. Les résultats des tests ont validé l'exactitude de la théorie et des résultats de la FEA.

Translated Description (Spanish)

Este documento presenta una novedosa máquina síncrona de rotor bobinado de doble modo (DWRSM) para aplicaciones de velocidad variable. La máquina propuesta combina las ventajas tanto de la máquina síncrona de rotor bobinado convencional (CWRSM) como de la máquina síncrona de rotor bobinado sin escobillas (BWRSM). A diferencia del BWRSM existente, a través de la operación de modo dual de la máquina propuesta, el par constante se logra en la región de par constante al operar la máquina en modo I, es decir, como un CWRSM, y la potencia constante se logra en la región de debilitamiento de campo al operar la máquina en modo II, es decir, como un BWRSM. El cambio de modo se realiza a través de un circuito de accionamiento de tiristor adicional. La fuerza magnetomotriz del entrehierro (MMF) en ambos modos se deriva analíticamente. Para verificar este principio, se realizó un análisis de elementos finitos (fea) y un experimento en una máquina prototipo de 1 caballo de fuerza, y se verificaron los factores influyentes clave. Se analizaron los transitorios en las corrientes del estator y el par durante el cambio de modo. Los resultados de las pruebas validaron la exactitud de la teoría y los resultados de fea.

Files

09107105.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:de902921e22d45cd761be14472752c42
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آلة متزامنة لدوار الجرح ثنائي الوضع لتطبيقات السرعة المتغيرة
Translated title (French)
Machine synchrone à rotor à enroulement bimode pour applications à vitesse variable
Translated title (Spanish)
Máquina síncrona de rotor de doble devanado para aplicaciones de velocidad variable

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3034168677
DOI
10.1109/access.2020.2999609

Is supplement to
https://openalex.org/W3216174847 (Other)
https://openalex.org/W3108305481 (Other)
https://openalex.org/W2667042578 (Other)
https://openalex.org/W2484299152 (Other)
https://openalex.org/W2388144049 (Other)
https://openalex.org/W2332305349 (Other)
https://openalex.org/W2112474642 (Other)
https://openalex.org/W2077755734 (Other)
https://openalex.org/W2056603594 (Other)
https://openalex.org/W1573851814 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1510576955
  • https://openalex.org/W1948135174
  • https://openalex.org/W1968004206
  • https://openalex.org/W2013101545
  • https://openalex.org/W2029552651
  • https://openalex.org/W2054808429
  • https://openalex.org/W2057287929
  • https://openalex.org/W2061107999
  • https://openalex.org/W2106972500
  • https://openalex.org/W2109075551
  • https://openalex.org/W2116360474
  • https://openalex.org/W2129104824
  • https://openalex.org/W2129674598
  • https://openalex.org/W2138688834
  • https://openalex.org/W2153465200
  • https://openalex.org/W2159223840
  • https://openalex.org/W2162989766
  • https://openalex.org/W2342409966
  • https://openalex.org/W2443553636
  • https://openalex.org/W2549036745
  • https://openalex.org/W2738321961
  • https://openalex.org/W2767775333
  • https://openalex.org/W2780719634
  • https://openalex.org/W2783294749
  • https://openalex.org/W2791349304
  • https://openalex.org/W2900656048
  • https://openalex.org/W2913336828
  • https://openalex.org/W2914628192
  • https://openalex.org/W4244446009
  • https://openalex.org/W4256495166