Vector Control of Double Excited Synchronous Machine as Integrated Starter-Alternator

Abstract

Original scientific paperThe paper proposes a double excited synchronous machine as integrated starter-alternator for future automobiles applications. Particularly, the biaxial excitation synchronous machine (BESM) is proposed for its high efficiency and wide constant power speed range. As the integrated starter-alternator system combines both starter and generator functions in a single electric machine, an alternative vector control strategy for BESM is developed and detailed to allow operation in the two modes at unity power factor operation by setting d-axis current to be zero and q-axis current to be constant and equal to its value that cancel the q-axis flux. In such conditions, the BESM torque can be controlled by the dc-excitation current and the required dc-bus voltage can be regulated within the 42V PowerNet specifications. To overcome the slowness dc-excitation current response, which is due to higher dc-field excitation time constant, and to increase the torque response quickness, the control of the magnetising current is proposed instead of the d-axis current. Implementation and simulation results validate the proposed scheme and provide a practical solution for an integrated starter-alternator.Key words: Biaxial excitation synchronous machine, Vector control, Integrated starter-alternator, 42V PowerNet Vektorsko upravljanje dvostruko pobu enim sinkronim strojem kao integriranim starteromalternatorom. U radu je predložena upotreba dvostruko pobu enog sinkronog stroja kao integriranog starteraalternatora, za buduće primjene u automobilskoj industriji. Preciznije, predložena je upotreba biaksijalno pobu enog sinkronog stroja (BESM) zbog visoke korisnosti i širokog raspona područja konstantne snage. Kao integrirani starter-alternator, sustav kombinira funkcije i startera i generatora u jednom električnom stroju. Razvijen je i detaljno opisan alternativni pristup vektorskom upravljanju BESM-om za omogućavanje rada u dva moda uz jedinični faktor snage postavljanjem d-osi struje u nulu i q-osi struje na konstantnu vrijednost koja poništava tok u q-osi. U ovakvim uvjetima, BESM momentom moguće je upravljati istosmjernom uzbudnom strujom i traženi napon dc-sabirnice moguće je regulirati unutar 42V PowerNet specifikacija. Za prevladavanje sporog odziva na istosmjernu uzbudnu struju koji nastaje zbog veće vremenske konstante magnetskog polja uzbude, a s ciljem ubrzanja odziva momenta, predloženo je upravljanje strujom magnetizacije umjesto strujom u d-osi. Implementacijski i simulacijski rezultati potvr uju predloženi pristup i pružaju praktično rješenje za integrirani starter-alternator.Ključne riječi: Biaksijalno pobu eni sinkroni stroj, vektorsko upravljanje, integrirani starter-alternator, 42V PowerNet