Voltage distribution in medium voltage machines for aerospace applications fed by power converters

Abstract

Oppgaven beskriver en detaljert MATLAB & Simulink basert modell for prediksjoner av spenningsfordelingen i viklinger utsatt for gjentatte bratte spenningsflanker dannet av en PWM-omformer. Den foreslåtte modellen er en «Lumped parameter» ekvivalent bestående av RLC-parametere. Frekvensavhengigheten til parameterne ble beregnet både analytisk og ved hjelp av endelige element metoder i simuleringsprogramvaren COMSOL Multiphysics®. Til slutt ble modellen validert gjennom to eksperimenter utført på tre forskjellige viklingskonfigurasjoner. Den første valideringen målte frekvensimpedansresponsen til viklingen, og en andre validering sammenlignet de simulerte og målte spenningsfordelingene av inverter matede viklinger. Modellen viste den beste ytelsen for begge valideringene ved bruk av stasjonære parameterverdier for luftspoler. Selv om de simulerte resultatene ga en rimelig grad av tillit til den foreslåtte modellen kreves ytterligere testing og undersøkelser for at modellen skal være gyldig i mer komplekse sammenhenger.

The thesis describes a detailed MATLAB & Simulink based model for predictions of the voltage distribution of windings exposed to repeatedly steep fronted surge voltages generated by a PWM inverter. The proposed model is a Lumped parameter equivalent consisting of RLC parameters. The frequency dependency of the parameters was calculated both analytically and with the help of the Finite element method in the simulation software COMSOL Multiphysics®. Finally, the model was validated through two experiments conducted on three different winding configurations. The first validation measured the frequency impedance response of the winding, and a second validation compared the simulated and measured voltage distribution of inverter fed windings. The model showed the best performance for both validations utilising stationary parameter values for air coils. Although the simulated results gave a reasonable degree of confidence in the proposed model, further testing and investigations are required for the model to be valid in more complex contexts.