This paper presents an high efficiency energy conversion system for very high-speed flywheel energy storage system using high Tc superconducting bearings. Main configuration of power convertor is designed to replace of the conventional battery with EMB(Electro Mechanical Battery). PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor) using Halbach array is used as the energy conversion system of motor and generator. Some PWM methods for the high frequency inverter is described and the power factor effects to the torque characteristics and efficiency of the motor and generator is analyzed. As the results, it is verified that the inverter output current is well regulated to be in-phase or inverse-phase sinusoidal waveform to have the wide operational range from 2,500rpm to 42,000rpm. Proposed circuit is designed to obtain the very high speed, high efficiency and stable rotational characteristics, and to be applied to1.2r[kW]/65[Wh] system.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.40
no.4
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pp.225-234
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2003
Turbo compressors need high speed rotating impeller in structure, high rate gearbox and conventional induction motor. This mechanical system increased moment of inertia and mechanical friction loss. Recently turbo compressor has adopted a super high-speed motor and driver and have made its size smaller and mechanical friction loss at minimum. In this paper, variable super high - speed motor controller, compressor controller and MMI controller are implemented with only one DSP (TMS320VC33) chip for a 150HP, 70,000rpm direct drive turbo compressor. It was required hardware and software integration. The result of integration, Controller hardware became simple and all control software are developed same developing tool. The implements turbo compressor meets the requirements.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.6
no.6
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pp.879-884
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2002
There are screw, reciprocating and turbo compressor by structure in an air compressor, essential equipment on he industrial spot. Resently it is wide that the range of turbo compressor's use in gradual, turbo compressor needs high speed rotation of impeller in structure, high rated gearbox and conventional induction motor. This mechanical system increased the moment of inertia and mechanical friction loss. Resently the study of turbo compressor applied super high speed motor and drive, removing gearbox made its size small and mechanical friction loss minimum. In this study we tried to develope variable super high speed motor drive systems for 150Hp, 70,000rpm drect drive Turbo compressor. The result of study is applied to a 150Hp direct turbo compressor and makes it goods.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.5
no.6
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pp.610-619
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2000
This paper presents an off-line UPS using the high temperature superconductive magnetic bearing. FES(Flywheel Energy Storage) system has good advantages in compare with lead acid battery. So, high efficiency FES using high temperature SMB(superconductive magnetic bearing) was composed in this paper. The outer rotor type of PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor) as motor/generator was used for the experiment, and square wave current and sinusoidal wave control methods was compared for high efficiency operation of motor/generator. The circuit for in phase sinusoidal wave current control with EMF in the full speed range was designed and the proposed flywheel energy storage system was applied in single phase off-line UPS system. As the stable operation characteristics of prototype system was confirmed, the its excellence as energy storage device in Off-line UPS was proved.
In this paper, maximum efficiency operation of two types of permanent magnet synchronous motor drives, namely; surface type permanent magnet synchronous machine (SPMSM) and interior type permanent magnet synchronous motor(IPMSM), are investigated. The efficiency of both drives is maximized by minimizing copper and iron losses. Loss minimization is implemented using flux weakening. A neural network controller (NNC) is designed for each drive, to achieve loss minimization at difffrent speeds and load torque values. Data for training the NNC are obtained through off-line simulations of SPMSM and IPMSM at difffrent operating conditions. Accuracy and fast response of each NNC is proved by applying sudden changes in speed and load and tracking the UC output. The drives'efHciency obtained by flux weakening is compared with the efficiency obtained when setting the d-axis current component to zero, while varying the angle of advance "$\vartheta$" of the PWM inverter supplying the PMSM drive. Equal efficiencies are obtained at diffErent values of $\vartheta$, derived to be function of speed and load torque. A NN is also designed, and trained to vary $\vartheta$ following the derived control law. The accuracy and fast response of the NN controller is also proved.so proved.
Nam, Myung Joon;Kim, Jong Hyun;Cho, Kwan-Yuhl;Kim, Hag-Wone;Cho, Younghoon
Journal of Power Electronics
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v.17
no.5
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pp.1223-1230
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2017
The back emf harmonics of a permanent magnet (PM) synchronous motor is a major source of torque ripple. For torque control applications including column fitted MDPS (motor driven power steering) systems, it is essential to reduce the mechanical vibrations due to torque ripples at low speeds. In this paper, a torque ripple reduction algorithm for interior PM synchronous motors is proposed. The harmonic currents that cancel the $6^{th}$ order torque harmonic are added to the nominal dq currents for MTPA (maximum torque per ampere) operation. The compensated harmonic currents are derived from flux linkage harmonics based on a FFT analysis of the back emf harmonics. Simulation and experimental results verify that the $6^{th}$ order torque harmonic and THD of the torque ripple are reduced by compensating the dq harmonic currents.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.20
no.5
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pp.429-436
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2015
Torque ripples generate mechanical vibration at low speed and acoustic noise at high speed. The back emf harmonics of a PM synchronous motor is one of the main sources of torque ripples. To reduce torque ripples resulting from back emf harmonics, dq-axis harmonic currents that reduce the torque ripples are generally compensated to the current controller. Harmonic current compensation is effective at low speed, but it is not applicable at high speed because of the limited bandwidth of the current controller. In this study, dq-axis harmonic voltage compensation that can reduce torque ripples at high speed is proposed. The dq-axis harmonic voltages are calculated from the motor speed and the dq-axis harmonic currents. The effectiveness of the proposed method in reducing torque ripple is verified by a simulation and experiments.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.20
no.6
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pp.96-103
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2006
An MRAC-based adaptive current control scheme of an AC servo motor is presented for the performance improvement of a servo drive. Although the predictive current control is known to give ideal transient and steady-state responses, its steady-state response my be degraded under motor parameter variations. To overcome such a limitation, the disturbances caused by the parameter variations will be estimated by using an MRAC technique and compensated by a feedforward control. The proposed scheme does not require the measurement of the phase voltage unlike the conventional disturbance estimation scheme using observer. The asymptotic stability is proved. The proposed scheme is implemented using DSP TMS320C31 and the effectiveness is verified through the comparative simulations and experiments.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.5
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pp.72-81
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2018
In this study, the sinusoidal-wave driving method, six-step driving method, and twelve-step driving method, which can be used in an inverter for permanent-magnet synchronous motors, were simulated, and the results were compared to review their operating performance. These driving methods were classified according to the electrical conduction angle and phase current of the motor. Conventionally, only the transition control technique between the sinusoidal-wave driving method and six-step driving method was studied for the efficiency of the inverter. In this paper, however, comparative analysis was focused on a variety of transition control applications to use the advantages of each driving method. For this purpose, computer simulations for these driving methods were carried out to obtain the motor torque, speed control characteristics, and THD of the motor phase currents. As a result, the sinusoidal-wave driving method showed the best performance in all respects. The six-step driving method has better speed control characteristics than the twelve-step driving method, and the twelve-step driving method has a lower THD of the motor phase currents than the six-step driving method.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.11
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pp.1584-1590
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2017
This paper presents a implementation method of reliable speed limitation controller considering motor parameter variation in high speed operation. In spinning process of drum washing machine, speed increase has to be limited when unallowable imbalance mass is detected. Otherwise, severe noise and vibration can happen because noise and vibration are proportional to imbalance mass. To detect imbalance mass, d-axis current magnitude is used. However, we have to compensate for back-emf and power supply variation by means of detecting them because d-axis current is affected by both of them. On the other hand, we have to carefully estimate back-emf because back-emf is affected by stator resistance variation and inverter voltage error. Stator resistance variation can happen by manufacturing process for mass production or temperature variation in running. And there are inverter voltage errors between command voltage from micro-computer to inverter and real voltage from inverter to motor because of rising and falling time delay and turn-on resistance of power semiconductor switch. To solve this problem, we propose 2-step align current injection method which is to inject step-wise current right before starting. By this method, we can simply obtain stator resistance by ratio of voltage without inverter voltage error and current, and we can measure inverter voltage error. So we can obtain more exact model current, and then by simple calculation with compensation gain, we can estimate more accurate motor back-emf. We show that this method works well. It is verified through experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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