Heo, Sewan;Oh, Jimin;Kim, Minki;Suk, Jung-Hee;Yang, Yil Suk;Park, Ki-Tae;Kim, Jinsung
ETRI Journal
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제37권6호
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pp.1154-1164
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2015
This paper proposes a fully sensorless driver for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) integrated with a digital motor controller and an analog pre-driver, including sensing circuits and estimators. In the motor controller, a position estimator estimates the back electromotive force and rotor position using a sliding-mode observer. In the pre-driver, drivers for the power devices are designed with a level shifter and isolation technique. In addition, a current sensing circuit measures a three-phase current. All of these circuits are integrated in a single chip such that the driver achieves control of the speed with high accuracy. Using an IC fabricated using a $0.18{\mu}m$ BCDMOS process, the performance was verified experimentally. The driver showed stable operation in spite of the variation in speed and load, a similar efficiency near 1% compared to a commercial driver, a low speed error of about 0.1%, and therefore good performance for the PMSM drive.
Pulse Width Modulation (PWM) is a widely adopted technique to drive the motor using the voltage source inverters. Since they generate high frequency Common Mode (CM) Voltage, a high shaft voltage in induction motor is induced which leads to parasitic capacitive currents causing adverse effects such as premature deterioration of ball bearings and high levels of electromagnetic emissions. This paper presents an Active Cancellation Circuit (ACC) which can significantly reduce the CM voltage hence the common mode current in the three phase induction motor drives. In the proposed method the CM voltage is detected by the capacitors and applied to the frame of the motor to cancel the CM voltage hence the CM current. Unlike the conventional methods the proposed method does not insert the transformer in between the inverter and motor, a high power rating three phase transformer is not required and no losses associated with it. In addition the proposed method is applicable to any kind of PWM motor drives regardless of their PWM methods. The effectiveness of the proposed method is proved by the experiments with a three phase induction motor (1.1kW 415V/60Hz) combined with a three phase voltage source inverter modulated by the Space Vector Modulation (SVM).
The maximum output torque developed by the machine is dependent on the allowable current rating and maximum voltage that the inverter can supply to the machine. Therefore, to use the inverter capacity fully, it is desirable to use the control scheme considering the voltage and current limit condition, which can yield the maximum torque per ampere over the entire speed range. The paper is proposed maximum torque control of induction motor drive using adaptive learning neuro fuzzy controller and artificial neural network(ANN). The control method is applicable over the entire speed range and considered the limits of the inverter's current and voltage rated value. For each control mode, a condition that determines the optimal d, q axis current $_i_{ds}$, $i_{qs}$ for maximum torque operation is derived. The proposed control algorithm is applied to induction motor drive system controlled adaptive learning neuro fuzzy controller and ANN controller, the operating characteristics controlled by maximum torque control are examined in detail. Also, this paper is proposed the analysis results to verify the effectiveness of the adaptive learning neuro fuzzy controller and ANN controller.
In this paper, a new method for the online estimation of equivalent series resistances (ESR) of the DC-link capacitors in induction machine (IM) drive systems with a front-end diode rectifier is proposed, where the ESR estimation is conducted during the regenerative operating mode of the induction machine. In the first place, a regulated AC current component is injected into the q-axis current component of the induction machine, which induces the current and voltage ripple components in the DC-link. By processing these AC signals through digital filters, the ESR can be estimated by a recursive least squares (RLS) algorithm. To acquire the AC voltage across the ESR, the DC-link voltage needs to be measured at a double sampling frequency. In addition, the ESR current is simply reconstructed from the stator currents and switching states of the inverter. Experimental results have shown that the estimation error of the ESR is about 1.2%, which is quite acceptable for condition monitoring of the capacitor.
This paper proposes the improved transition scheme for a sensorless drive of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). In order to operate the IPMSM, the current controller can be used until 300 rpm for the initial operation. After that, the control method of IPMSM is changed to the speed controller for the sensorless control method. At that point, the rotor speed overshoot is generated due to the rapid change of the current reference for the speed controller. The proposed algorithm is able to reduce the overshoot of a rotor speed by compensating the estimated feedforward value to the speed controller. The feedforward value of the current reference is estimated by using a coordinate transformation and is approximated to the current reference after the transition of the control mode. The effectiveness of the proposed scheme is verified by experiments using an IPMSM drive system.
This paper describes the speed-sensorless vector control system of a three-phase induction motor using sliding mode flux/speed observer. The sliding mode observer estimates the rotor speed. The error between the actual and observed currents converges to zero which guarantees the accuracy of the flux observer. The convergence of nonlinear time-varying observer along with the asymptotic stability of the controller was analyzed. To define the control action which maintains the motion on the sliding manifold, an "equivalent control" concept was used. It was simulated and implemented on a sensorless indirect vector drive for 750[W] three-phase induction motor. The simulation and experimental results demonstrated the effectiveness of the proposed estimation method.
The sliding mode control is an effective method to establish robustness against parameter variations and disturbance. But, in sliding mode strategy, the control function is discontinuous on the hyperplane. Consequently, the control input chatters at high frequency. When we apply such a control to the induction motor drive system, that causes a torque ripple and current harmonics, which are harmful to the system. In this paper, we introduce a low pass filter between sliding mode control output and driver input to overcome that problem. The band-width of this filter is varied according to the error funtion to improve transient responses.
Hybrid electric vehicle has three operating mode, depending on the operation of the engine and electric motor. According to the speed range of BLDC motor, In hybrid traction mode, both the engine and electric motor deliver to drive train. Battery charge mode, the electric motor operates as generator and is driven by the engine to charge the batteries. In engine alone traction mode, the electric motor is do-energized, and vehicle is propelled by the engine alone. we propose hysteresis current control technique to maintain constant speed in the motor load torque at the reverse direction. The proposed method is verified by using Matlab Simulink software.
A low-cost BLDC motor with hall sensor is used to drive the position control of a facility security monitoring system in this paper. Low measurable frequency of the hall sensor signal in low-speed regions results in difficulty in obtaining accurate speed detection and position control. To improve system control performance, we propose a variable gain of position controller and stop mode control scheme according to the motor speed and error position with pre-set deceleration time. The proposed stop mode control scheme is activated around the stop position to forcibly move the BLDC motor to the stop position in low speed. In the proposed stop mode, the motor current is controlled by the actual speed with the reference rotating angle. The control performance of the proposed position control is verified through experiments at the actual rail guided facility security monitoring system.
본 논문은 이중여자 유도형(DFIG) 풍력발전시스템에서 유효전력과 무효전력을 직접적으로 제어하기 위한 슬라이딩 모드 기반의 직접전력제어기법을 제시한다. 제안하는 제어기법은 슬라이딩 모드 기반의 전력제어기부와 전력회로부의 스위칭 지령값을 위한 공간전압벡터변조방식(SVM)으로 구성된다. 본 논문에서 제안하고 있는 공간전압벡터 변조방식을 이용한 슬라이딩 모드 기반의 전력제어기법은 고정된 스위칭 주파수에서 기기상수의 변화에 강인한 전력제어가 가능하고, 기존의 자속기준제어기법(FOC)에서 사용되었던 전류제어기와 축변환 없이 직접적으로 전력을 제어함으로써 제어구조가 간단하다. 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 제안하는 제어기법의 타당성을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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