ReWinD - Reconfigurable-Winding electric Drives
- Reference number
- ID19-0028
- Project leader
- Peretti, Luca
- Start and end dates
- 200101-241231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
ReWinD aims to leverage on the latest control & information technology research to realize a reconfigurable electric drive, reaching a true fault-tolerance operation where the drive can operate despite the loss of one electric phase. The reconfigurable drive is composed by: - an electric machine with a configurable number of phases and poles, selected on-the-fly by the control; - a frequency converter topology covering all machine configurations, and providing hardware insulation for true fault tolerance operation; - a control system for the best operational use of the machine+converter, with inherent fault diagnostics and reconfigurability functionalities to allow true fault tolerance. Despite leaning heavily on control & information technology, the project is multidisciplinary as it requires competences in electric machine design and power electronics. The plan is to firstly analyse the available machine phase/pole configurations for automotive and power generation applications, test the power electronics modules for the frequency converter, and analyse, simulate, implement and test a control strategy with fault diagnostics and reconfigurability features. The expectation is to demonstrate an experimental 15-kW reconfigurable drive as the ultimate demonstrator for addressing societal challenges as more reliable electrical energy production (generators) and consumption (transportation), with a dramatic increase of system availability through true fault tolerance.
Popular science description
Den moderna roterande elektriska maskinen, trefasmaskinen, uppfanns för över 120 år sedan och visade sig bli en oumbärlig resurs i dagens samhälle. Trefasmaskiner återfinns idag i allt möjligt från tvättmaskiner till kärnkraftverk. Då en elektrisk maskin används för att omvandla rörelse till elektricitet kallas de för generator och när den används för att omvandla elektricitet till rörelse kallas den för motor. Elektriska maskiner återfinns alltså både som ”producent” och ”konsument” av elektrisk effekt. Tidigare matades maskiner med konstanta spänningar från nätsystemet och körde med konstant hastighet. I moderna applikationer drivs elektriska maskiner med frekvensomvandlare, som kan styra (med högre verkningsgrad) hastigheten och vridmomentet med hjälp av kraftelektronik. Kombinationen av en elektrisk maskin och en frekvensomvandlare kallas för elektriskt drivsystem. Tillämpningar som vindkraft, robotteknik, tvättmaskiner, elbilar kan inte existera idag utan elektriska drivsystem. Moderna drivsystem är fortfarande baserade på tre elektriska faser. Sådan begränsning härrör från den elektriska maskinen, som alltid har utformats som en trefasanordning för att ansluta till nätsystem (vilket är ett trefassystem). Eftersom frekvensomvandlaren fungerar som en avkopplingsanordning mellan nätsystemet och maskinen, kan begränsningen på antal faser avlägsnas. Fördelar med maskiner med ökat antal faser är dokumenterade. Det är därför dags att utvärdera om sådana fördelar kan tillämpas för applikationer med hårda krav som elektrisk transport och energiproduktion. I detta projekt är målet att analysera, bygga och testa en elektriskt drivsystem med ett varierande antal faser och poltal, vilket kan omkonfigureras i realtid. Denna lösning ökar effektiviteten genom att välja det bästa konfigurationen för den angivna driftpunkten, och det tillåter också feltolerant drift, vilket innebär att drivsystem kan köra vid reducerad effekt även i närvaro av ett fasfel. Detta ökar tillförlitlighet med avseende på dagens trefas elektriska drivsystem, som inte är feltoleranta eftersom en fasfel orsakar en stopp av hela enheten. Komplexiteten i detta tvärvetenskapliga projekt behöver en nära samverkan mellan KTH och industrins experter inom kontroll, kraftelektronik and elmaskinkonstruktion. Samarbetet kommer att resultera i flera nya idéer som kan återanvändas väl för att lösa industriella och samhälleliga behov i stort sätt.