In this paper, analysis of cascaded H-bridge multilevel inverter in DTC-SVM (Direct Torque Control-Space Vector Modulation) based induction motor drive for FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) is presented. Cascaded H-bridge multilevel inverter uses multiple series units of H-bridge power cells to achieve medium-voltage operation and low harmonic distortion. In FCEV, a fuel cell stack is used as the major source of electric power moreover the battery and/or ultra-capacitor is used to assist the fuel cell. These sources are suitable for utilizing in cascaded H-bridge multilevel inverter. The drive control strategy is based on DTC-SVM technique. In this scheme, first, stator voltage vector is calculated and then realized by SVM method. Contribution of multilevel inverter to the DTC-SVM scheme is led to achieve high performance motor drive. Simulations are carried out in Matlab-Simulink. Five-level and nine-level inverters are applied in 3hp FCEV induction motor drive for analysis the multilevel inverter. Each H-bridge is implemented using one fuel cell and battery. Good dynamic control and low ripple in the torque and the flux as well as distortion decrease in voltage and current profiles, demonstrate the great performance of multilevel inverter in DTC-SVM induction motor drive for vehicle application.
This paper presents a novel hybrid pole BLSRM (Bearingless Switched Reluctance Motor) and its radial force control scheme. The proposed hybrid pole BLSRM has separated radial force poles and rotating torque poles. According to the FEM analysis, the proposed BLSRM has an excellent linear characteristic of radial force and controllability that is independent from the torque current. The radial force can be produced by the radial force winding which is wound at the separated radial force poles. The rotating torque is produced by the excitation current of the torque windings which are wound at the torque pole. The proposed radial force control scheme is independent of the phase torque winding current. A simple PID controller and look-up table are used to maintain a constant rotor air-gap. The proposed BLSRM and its radial force control scheme are verified by FEM analysis and experimental tests.
In this paper, an analytical method used for predicting the magnetic field distribution and cogging torque characteristic in a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is presented. The magnetic field is analyzed with the space harmonic analysis, and the cogging torque is calculated based on the air-gap field distribution and slot-opening effect considered by relative permeance. The validity of the presented analytical method is confirmed by 2-dimensional finite element analysis (FEA). Then this analytical method combines with response surface methodology (RSM) is applied to the prototype PMSM model rebuilding in order to minimize the cogging torque. Finally, an optimized PMSM model is built and the cogging torque reduction is confirmed by FEA.
The technique to design high performance small motors has been based on experimental data, which results from lots of cost, experience and time in manufacturing. Recently, as high-performance computer appears, many engineers use numerical methods to design and analyze electric machine. Since, the step motor which has very small air gap(0.02-0.05mm) is different from other electric machine in its structure. The shape of rotor teeth and stator teeth influence seriously on the torque characteristics. And it is operated over magnetic saturation point. Therefore, the design of step motor needs to solve nonlinear problem and to calculate magnetic field precisely. In this paper, we solve nonlinear problem by employing Finite Element Method and obtain torque-displacement characteristics for the design of step motor. We also manufacture VR step motor according to the obtained results, and measure some torque characteristics. Through comparing calculated results with experimental results, it is verified that FEM is very useful to design step motor, and the motor designed by our technique is improved in its step accuracy.
This paper deals with optimum design of surface mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) for automotive component. For a compact system structure, it was designed as a motor with a 14-pole 12-slot concentrated winding and hollow shaft. The motor is a thin type structure which stator outer diameter is relatively large compared to its axial length and is designed to have a high magnetic saturation for increasing the torque density. Since the high magnetic saturation in the stator core increases the axial leakage flux, a 3-dimensional (3-D) finite element analysis (FEA) is indispensable for torque analysis. However, optimum designs using 3-D FEA is inefficient in terms of time and cost. Therefore, equivalent 2-D FEA which is able to consider axial leakage flux is applied to the optimization to overcome the disadvantages of 3-D FEA. The structure for cost reduction is proposed and optimum design using equivalent 2-D FEA has been performed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.847-852
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2007
This paper investigates the characteristics of cogging torque and magnetic force of a brushless DC (BLDC) motor due to imperfect magnetization of permanent magnet (PM) numerically and experimentally which results in the magnetically induced vibration. A predicted magnetization pattern of the PM of the BLDC motor, which is derived from the measured surface magnetic flux density along the PM, is applied to the finite element analysis in order to calculate the cogging torque and the unbalanced magnetic force. This research also develops the experimental setup to measure the unbalanced magnetic force as well as the cogging torque. It shows numerically and experimentally that the imperfect magnetization of permanent magnet generates the driving frequencies of cogging torque with integer multiple of slot number in addition to the least common multiple of pole and slot. It also shows that the driving frequencies of unbalanced magnetic force are integer multiple of slot number ${\pm}1$ due to imperfect magnetization of PM even in the rotationally symmetric design.
The SRM (Switched Reluctance Motor) is composed of silicon steel plates where the rotor structure is simple and laminated without coil winding or permanent magnet, making it mechanically robust and its maintenance and repair excellent. Applying SRM as traction motor for railway vehicle is given consideration because of its ruggedness capability in severe loading condition and its compact structure. Optimal design of SRM is needed to reduce torque ripple to apply SRM for railway traction drive because SRM has high torque ripple. In this paper, switched reluctance motor with three different stator pole shapes is taken for magnetic analysis using 3d finite element method to apply SRM as traction drive for railway vehicle. It is observed that the model 3 added Tooth Tang Depth and Slot Round to stator shape gives the improved inductance and torque characteristic.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.4
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pp.390-393
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2013
In this paper, we proposed how the V-skew applied of the rotor to inprove the characteristics of cogging torque in large PMSM. Large PMSM is difficult to apply a pitch of the diagonal magnetic skew because of the motor's structure and making. In addition, the force in the direction of z-axis occurs when the diagonal skew is applied. So we are applying the optimal v-skew to reduce torque ripple and cogging torque because this reduces the noise and vivration on the motor. Throug FEM dD analysis, we studied to find the optimal v-skew angle for reducing torque ripple.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.272-276
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1996
This study deals with the speed control of an overcentered variable-displacement hydraulic motor on a constant pressure network, which is noted for its high system efficiency fast dynamic response and energy recovery capability. The speed control characteristics of the conventional cascade PI controller are largely affected by load-torque disturbances. To obtain robust speed control despite torque disturbances, the load torque is estimated by an observer based on a mathematical model and compensated for by a feedforward loop. It is shown by experiment that robust speed control may be obtained with the proposed controller. The experimental data agree fairly well with the theoretical analysis.
The torque characteristics of permanent magnet(PM) motor is varied according to magnet width. In this paper, the design method of magnet and magnetic circuit is proposed in order to improve the torque of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM). This paper presents the effects of pole arc ratio and salient pole ratio on the torque and torque ripple in the IPMSM with concentrated winding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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