With falling semiconductor prices, multiphase electrical machines are gaining more attention from academic and industrial research. So-called variable-pole machines are multiphase induction machines with squirrel cage rotors with the ability to be excited with a different number of magnetic pole pairs. Using this kind of machines can reduce the total cost of ownership of an electrical drive, mainly through reduction of the cost of running and the cost of NOT running. The omission or reduction of the mechanical gear has the potential to increase the overall system efficiency. Moreover, the additional degrees of freedom allow for true fault tolerance.

This work first introduces the harmonic plane decomposition theory for a unified machine model independent of the excitation of the variable-pole machine. This allows continuous modeling in any condition without model discontinuity. Based on the harmonic plane decomposition, this work presents vector control schemes. Subsequently, it presents pole transition strategies generating the control references for minimum torque dip pole transitions. Moreover, flux weakening during the pole transition maintains the voltage within the drive’s limits.

Next, this work presents the harmonic-plane-decomposition fault detection, a fast, non-invasive, and computational lean fault detection for variable pole machines. By leveraging the additional degrees of freedom due to the increased amount of independent currents, the fault detection shifts partially from information over time to information over space. It continues by demonstrating a pole transition under faulty conditions by adapting a minimum stator copper losses current injection post fault control such that it can carry out a pole transition. In this way, true fault tolerance is achieved.

Lastly, this work also shows a sensorless operation of a multiphase electrical machine capable of operation at low and zero speeds. This is achieved by separating the torque generation and the sensorless observer in different harmonic planes as well as introducing feedback for all estimated state variables.

This work shows technical solutions to take advantage of all independent currents in a variable-pole machines. Applying these techniques in a drive system poses electrical drives with such machines as a viable option for industrial and traction applications.

Med sjunkande priser på halvledare får flerfasiga elektriska maskiner mer uppmärksamhet inom akademisk och industriell forskning. Så kallade variabelpoliga maskiner är flerfasiga induktionsmaskiner med burrotorer som kan exciteras med olika antal av magnetiska polpar. Användning av denna typ av maskiner kan minska den totala ägandekostnaden för en elektrisk drivenhet, främst genom minskning av kostnaden för att köra och kostnaden för att INTE köra. Utelämnandet eller minskningen av den mekaniska växeln har potential att öka den totala systemeffektiviteten. Dessutom möjliggör de ytterligare frihetsgrader en sann feltolerans.

Detta arbete introducerar först teorin om harmonisk planedekomposition för en enhetlig maskinmodell oberoende av variabel-polmaskinens excitation. Detta möjliggör en kontinuerlig modellering under alla förhållanden utan modelldiskontinuitet. Baserat på harmonisk planedekomposition presenterar detta arbete vektorstyrningsmetoder. Därefter presenteras strategier för polövergång som genererar styrreferenser för minimala momentdipolövergångar. Dessutom bibehåller fältsförsvagning under polövergången spänningen inom driftens gränser.

Därefter presenterar detta arbete feldetektering med harmonisk plan dekomposition feldetektering, en snabb, icke-invasiv och beräkningsmässigt enkel feldetektering för variabelpoliga maskiner. Genom att utnyttja de ytterligare frihetsgraderna på grund av den ökade antalet oberoende strömmar, skiftar feldetekteringen delvis från information över tid till information över rum. Arbetet fortsätter med att demonstrera en polövergång under felaktiga förhållanden genom att anpassa en ströminjektion för minimala kopparförluster i statorn, så att den kan utföra en polövergång. På så sätt uppnås sann feltolerans.

Slutligen visar detta arbete också en sensorlös drift av en flerfasig elektrisk maskin som kan arbeta vid låga hastigheter och nollhastigheter. Detta uppnås genom att separera momentgenereringen och den sensorlösa observatören i olika harmoniska plan samt genom att införa återkoppling för alla uppskattade tillståndsvariabler.

Detta arbete presenterar tekniska lösningar för att dra nytta av alla oberoende strömmar i variabel-polmaskiner. Att tillämpa dessa tekniker i ett drivsystem gör elektriska drivsystem med sådana maskiner till ett livskraftigt alternativ för industriella och dragapplikationer.