본 연구는 전동차를 운전 시, 영구 자석형 동기전동기(PMSM)가 제동할 때 발생한 회생전력은 모두 활용하며, 전기제동에 대하여도 발생한 회생전력을 모두 흡수할 수 있는 능력을 가진 축소모형 전동기 시스템으로 운전함을 가정한다. 축소모형 전동기의 견인시스템은 각 전동기는 영구 자석형 동기전동기(PMSM)를 개별로 제어하는 1C1M방식으로 구축 하였다. 전동차의 승차감 향상 및 에너지의 효율적 이용 등을 위한 방법으로써 벡터제어 방법을 적용하여 관성부하에 대한 시뮬레이션과 축소모형으로 실험을 하여 좋은 결과를 얻었다. 또한, 영구 자석형 동기전동기(PMSM)의 제동력 확보에 의한 회생제동 제어 확보와 전기제동으로 정지하는 극 저속에서의 속도검출과 전동기를 제어하는 방법의 알고리즘에 대하여 연구 하였다.
This paper proposes an estimation method of back emf for the sensorless controlled high speed PMSM drive in turbo compressors with air bearings. The back emf of PMSM motor varies due to the temperature variation, which deteriorates the control performance of sensorless controlled PMSM drives. The proposed method is based on the current model of the PMSM motor. The simulation results show that the proposed method estimates the back emf of sensorless controlled PMSM drives with reasonable accuracy for parameter adaptation.
This paper suggests the dual-gap for generating power and increasing the torque of a direct-drive permanent magnet synchronous motor in a hybrid-cycle. To consider easy coil winding, we applied a structure of dual-gap for the permanent magnet synchronous motor (PMSM). Because the torque of PMSM with the dual-gap is very large, we are designed the appropriate specifications of the PMSM by selected the appropriate dual-gap slot and poles combination. The prototype model is selected by design theory for increasing torque and maximizing output power of PMSM. And the detailed structure design of the model was designed by the loading distribution method. The PMSM models were analyzed by finite element method. Finally, we have suggested appropriate rotor structure has benefit to further increasing torque and prevent decreasing of the output power in PMSM with dual-gap.
This paper presents the position sensorless vector control of a cylindrical permanent magnet synchronous motor(PMSM) in the field weakening region. The position sensorless algorithm using an instantaneous reactive power of the PMSM is proposed. An instantaneous reactive power can be obtained from the vector product of rotor currents and back emf of the PMSM. Back emf includes the information of rotor speed. So the estimated speed can be yielded from the voltage equation of the PMSM. In other words, the estimated speed is compensated by using an instantaneous reactive power. To extend the speed range of the PMSM in the constant horsepower region, the field weakening control is applied. The proposed algorithm is not affected by mechanical motor parameters because the mechanical equation is not used. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by the experimental results.
This paper proposes a novel method to reduce the torque ripple due to the non-ideality of the current sensing parts in vector-controlled inverter-fed PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor) drive systems. The motor output torque equations are derived in terms of their offset voltages and different voltage transducing gains. And the effects of phase current errors on motor torque are analyzed for both salient PMSM and non-salient PMSM. The proposed method can eliminate the torque ripple by nulling the offset voltages and setting the voltage transducing gains to the same value. To verify the proposed method, digital simulations are carried out for non-salient PMSM.
Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)는 볼스크류, 기어 및 타이밍 벨트를 이용하여 NC, 가공기, 로봇 및 공장 자동화를 포함하여 산업 시스템 전반에 널리 사용되고 있다. 이러한 PMSM과 부하의 결합으로 구성된 시스템은 동력의 전달에 있어서, 고유의 공진 주파수를 가지며 공진 주파수 대역에서의 기계계의 응답 특성은 매우 불안정하고, 기계 시스템의 손상을 일으키게 된다. 본 논문에서는 PMSM을 이용한 직선 운동 시스템에서 기계적인 결합에 의한 기구부의 진동을 억제하기 위하여 진동 주파수를 자동으로 검출하여, 진동의 원인이 되는 토크 지령 신호를 억제하는 적응형 노치 필터를 포함하는 속도 제어 시스템을 제안한다. 하지만, 기계적인 진동 주파수와 주파수의 대역은 전동기에 결합된 결합 기구 및 부하에 따라서 변동하는 특성을 가지고 기계적인 진동의 크기도 진동원이 되는 신호에 따라 변동하므로, 이를 적응형 노치 필터부에서 이를 진단하여 진동 주파수를 자동으로 억제함으로써 안정적인 운전이 가능하도록 설계된다. 본 논문에서 제안된 기계적인 진동을 억제하기 위한 적응형 노치 필터의 성능은 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증하였다.
The rare earth output is concentrated in limited number of countries including China. Also the necessity for development of non-rare earth motor is getting signified due to the rapid increase of rare earth price and resource weaponizing policies. Non-rare earth motor is generally designed as spoke type PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) in order to maximize the power density. Such spoke type PMSM has advantage in concentrating the flux but demonstrates lower efficiency compared to permanent magnet using Nd (Neodymium) permanent magnet. Therefore, applications with strong necessity for efficiency need rotor structure having improved efficiency compared to spoke type PMSM. Hence, this study suggested fan-shape type PMSM with somewhat lower power density but maximized efficiency. Fan-shape type PMSM is a rotor shape demonstrating outstanding reduction of iron loss compared to existing spoke type. Thus, this study analyzed the improvement of efficiency and reduction of loss arising from the suggested shape through parameter calculation.
본 연구에서는 영구 자석형 동기전동기(PMSM)를 축소형의 견인시스템으로 각 전동기를 개별로 제어하는 1C1M방식으로 구축하였다. 전동기를 제동할 때 발생한 회생전력은 모두 활용하고 있으며 전기제동의 사용영역 확대에 발생한 회생전력을 모두 흡수할 수 있는 능력을 가진 가선이라고 가정한다. 영구 자석형 동기전동기(PMSM)의 제동력 확보를 위해 벡터제어 방법과 제어기와 속도 센서를 마미크로프로세서에 제어기를 적용 하였고, 전동기 에너지의 효율적 이용 등 회생 제동에 의한 제동력 확보와 전기 제동으로 정지하는 알고리즘을 적용하여 전동기 관성부하에 대한 시뮬레이션 및 실험결과를 제안하였다.
A new control method for precision robust position control of a PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) using asymptotically stable adaptive load torque observer is presented in the paper. Precision position control is obtained for the PMSM system approximately linearized using the field-orientation method. Recently, many of these drive systems use the PMSM to avoid backlashes. However, the disadvantages of the motor are high cost and complex control because of nonlinear characteristics. Also, the load torque disturbance directly affects the motor shaft. The application of the load torque observer is published in [1] using fixed gain. However, the motor flux linkage is not exactly known for a load torque observer. There is the problem of uncertainty to obtain very high precision position control. Therefore, a model reference adaptive observer is considered to overcome the problem of unknown parameter and torque disturbance in this paper. The system stability analysis is carried out using Lyapunov stability theorem. As a result, asymptotically stable observer gain can be obtained without affecting the overall system response. The load disturbance detected by the asymptotically stable adaptive observer is compensated by feedforwarding the equivalent current which gives fast response. The experimental results are presented in the paper using DSP TMS320c31.
The object of this study is to develope the program for analyzing the fluid flow and heat transfer of PMSM electric motor. The program will be mainly used for inexperienced users of CFD analysis. So it has to be performed using the geometry data and the heat source of each part only. Interface program for converting the given data to the instruction of pre-processor is developed. The conjugate heat transfer between a flow passage of the motor and inner parts consisting of rotor and stator is regarded. In order to reduce the computational time and memory storage, cyclic boundary condition is applied. For the numerical simulation, MRF(Multi-Reference Frame) method is used to consider rotating operation of the rotor and heat source is applied to the copper, wire, and magnetic parts in the motor. On the screen of computer, the users can show the velocity distributions and the contours such as pressure, turbulent kinetic energy, turbulent dissipation rate and temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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