Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are widely used in systems requiring high control precision, efficiency, and reliability. Predicting the remaining useful life (RUL) with health monitoring of PMSMs prevents catastrophic failure and ensures reliable operation of system. In this study, a model-based method for predicting the RUL of PMSMs using phase current and vibration signals is proposed. The proposed method includes feature selection and RUL prediction based on a particle filter with a degradation model. The Paris-Erdogan model describing micro fatigue crack propagation is used as the degradation model. An experimental set-up to conduct accelerated life test, capable of monitoring various signals was designed in this study. Phase current and vibration data obtained from an accelerated life test of the PMSMs were used to verify the proposed approach. Features extracted from the data were clustered based on monotonicity and correlation clustering, respectively. The results identify the effectiveness of using the current data in predicting the RUL of PMSMs.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제2B권3호
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pp.125-132
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2002
PMSMS (permanent magnet synchronous motors) are widely used in industrial applications and home appliances because of their high torque to inertia ratio, superior power density, and high efficiency. For high performance control, accurate informations about the rotor position is essential. Sensorless algorithms have lately been studied extensively due to the high cost of position sensors and their low reliability in harsh environments. A novel position sensorless speed control for PMSMs uses indirect flux estimation and is presented in this paper. Rotor position and angular velocity are estimated by the proposed indirect flux estimation. Linkage flux and magnetic field flux are calculated by the voltage equations and the measured phase current without any integration. Instead of linkage flux calculation with integral operation, indirect flux and differential magnetic field are used for the estimation of rotor position. A proper rejection technique fur current noise effect in the calculation of differential linkage flux is introduced. The proposed indirect flux detecting method is free from the integral rounding error and linkage flux drift problem, because differential linkage flux can be calculated without any integral operation. Furthermore, electrical parameters of the PMSM can be measured by the proposed TCM (time compression method) for soft starting and precise estimation of rotor position. The position estimator uses accurate electrical parameters that are obtained from the proposed TCM at starting strategy. In the operating region, a proper compensation method fur temperature effect can compensate fir the estimation error from the variation of electrical parameters. The proposed novel position sensorless speed control scheme is verified by the experimental results.
In this paper, a mathematical model of a permanent-magnet synchronous motor (PMSM) is derived, and the steady-state characteristics of this system, when subject to constant input voltages and constant external torque, are formulated. It is shown that the PMSM model can exhibit a variety of chaotic phenomena, under some choices of system parameters and external inputs. Based on TS fuzzy modeling methodology, the TS fuzzy model of the PMSM chaotic system is presented, so the interaction between fuzzy system and chaos can be explored, and then fuzzy-model-based control methodologies can be used to control chaos in chaotic systems. Computer simulations show that the strange attractors in the derived TS fuzzy system and original chaotic system are topologically equivalent.
This paper presents an improved torque predictive control (TPC) for permanent magnet synchronous motors (PMSMs) using an indirect matrix converter (IMC). The IMC has characteristics such as a high power density and sinusoidal waveforms of the input-output currents. Additionally, this configuration does not have any DC-link capacitors. Due to these advantages of the IMC, it is used in various application field such as electric vehicles and railway cars. Recently, research on various torque control methods for PMSM drives using an IMC is being actively pursued. In this paper, an improved TPC method for PMSM drives using an IMC is proposed. In the improved TPC method, the magnitudes of the voltage vectors applied to control the torque and flux of the PMSM are adjusted depending on the PMSM torque control such as the steady state and transient response. Therefore, it is able to reduce the ripples of the output current and torque in the low-speed and high-speed load ranges. Additionally, the improved TPC can improve the dynamic torque response when compared with the conventional TPC. The effectiveness of the improved TPC method is verified by experimental results.
Hadef, M.;Djerdir, A.;Ikhlef, N.;Mekideche, M.R.;N'diaye, A. O.
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권6호
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pp.2326-2333
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2015
Stator turn faults in permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are more dangerous than those in induction motors (IMs) because of the presence of spinning rotor magnets that can be turned off at will. Condition monitoring and fault detection and diagnosis of the PMSM have been receiving a growing amount of attention among scientists and engineers in the past few years. The aim of this study is to propose a new detection technique of stator winding faults in a three-phase PMSM. This technique is based on the image analysis and recognition of the stator current Concordia patterns, and will allow the identification of turn faults in the stator winding as well as its correspondent fault index severity. A test bench of a vector controlled PMSM motor behaviors under short circuited turn in two phases stator windings has been built. Some experimental results of the phase to phase short circuits have been performed for diagnosis purpose.
영구자석 동기 전동기는 출력 밀도가 높고 효율이 높다는 장점 때문에 적용 범위가 넓어지고 있다. 자동차나 로봇과 같은 고전력밀도, 고성능 전동기 구동 시스템뿐만 아니라 세탁기, 에어컨, 냉장고와 같은 비용 절감이 매우 중요한 시스템에도 영구자석 동기 전동기가 사용되고 있다. 비용 절감을 위해 회전자 위치 센서를 제거하는 센서리스 제어가 필요한데, 일반적으로 센서리스 제어는 전동기를 기동하는 조건에서는 사용하기 어렵다. 따라서 초기 기동에서는 전류 벡터를 임의의 속도로 회전시키는 I-F 속도 제어를 사용하고, 특정 속도 이상이 되면 센서리스 속도 제어로 절환해야 한다. I-F 속도 제어와 센서리스 속도 제어에서의 속도 제어 성능도 중요하지만 두 제어 기법이 절환되는 과도 상태에서도 속도 제어 성능을 유지해야 한다. 본 논문에서는 영구자석 동기 전동기의 센서리스 속도 제어를 위해 I-F 속도 제어에서 센서리스 속도 제어로의 절환 기법을 제안한다. 제안된 기법의 성능을 확인하기 위해 세탁기 구동 시스템에서 실험을 수행하였다.
Oh, Jimin;Kim, Minki;Heo, Sewan;Suk, Jung-Hee;Yang, Yil Suk;Park, Ki-Tae;Kim, Jinsung
ETRI Journal
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제37권6호
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pp.1176-1187
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2015
This work proposes a highly efficient sensorless motor driver chip for various permanent-magnet synchronous motors (PMSMs) in a wide power range. The motor driver chip is composed of two important parts. The digital part is a sensorless controller consisting mainly of an angle estimation block and a speed control block. The analog part consists of a gate driver, which is able to sense the phase current of a motor. The sensorless algorithms adapted in this paper include a sliding mode observer (SMO) method that has high robust characteristics regarding parameter variations of PMSMs. Fabricated SMO chips detect back electromotive force signals. Furthermore, motor current-sensing blocks are included with a 10-bit successive approximation analog-to-digital converter and various gain current amplifiers for proper sensorless operations. Through a fabricated SMO chip, we were able to demonstrate rated powers of 32 W, 200 W, and 1,500 W.
Recently, PMSMs(Permanent Magnet Synchronous Motors) have become increasingly popular in various high-performance motor drive applications. However, the high-performance drive of PMSMs needs a position sensor such as a resolver, which increases not only the price of the system but also reduces the system reliability. This paper is on the implementation of sensorless control of a SPMSM, which drives a fan for cooling in appliances. In this paper, the rotor position for high-performance drive of a SPMSM is derived from back electromotive force (EMF) information proportional to the rotor speed. Also, the initial rotor position information for start-up is estimated from a saturation phenomenon of inductance. The validity of the proposed sensorless drives was confirmed by the experiment on the SPMSM drive systems for cooling fans of refrigerators and laptop computers.
The Direct Torque Control (DTC) technique for Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) is receiving increased attention due to its simplicity and robust dynamic response when compared with other control techniques. The classical switching table based DTC results in large flux and torque ripples in the motors. Several studies have been reported in the literature on classical DTC. However, there are only limited studies that actually discuss or evaluate the classical DTC. This paper proposes, novel switching table / DTC methods for PMSMs to reduce torque ripples. In this paper, two DTC schemes are proposed. The six sector and twelve sector methodology is considered in DTC scheme I and DTC scheme II, respectively. In both DTC schemes a simple modification is made to the classical DTC structure. The two level inverter available in the classical DTC is eliminated by replacing it with a three level Neutral Point Clamped (NPC) inverter. To further improve the performance of the proposed DTC scheme I, the available 27 voltage vectors are allowed to form different groups of voltage vectors such as Large - Zero (LZ), Medium - Zero (MZ) and Small - Zero (SZ), where as in DTC scheme II, all of the voltage vectors are considered to form a switching table. Based on these groups, a novel switching table is proposed. The proposed DTC schemes are comparatively investigated with the classical DTC and existing literatures through theory analysis and computer simulations. The superiority of the proposed DTC method is also confirmed by experimental results. It can be observed that the proposed techniques can significantly reduces the torque ripples and improves the quality of current waveform when compared with traditional and existing methods.
An inverter output power control based power factor correction (PFC) strategy is being extensively used for permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives in appliances because such a strategy can considerably reduce the cost and size of the inverter. In this strategy, PFC circuits are removed and large electrolytic DC-link capacitors are replaced with small film capacitors. In this application, the PMSM d-q axes currents are controlled to produce ripples, the frequency of which is twice that of the AC main voltage, to obtain a high power factor at the AC mains. This process indicates that the PMSM operates under periodic magnetic saturation conditions. This paper proposes a back electromotive-force (back-EMF) estimator for the high-speed sensorless control of PMSM operating under periodic magnetic saturation conditions. The transfer function of the back-EMF estimator is analyzed to examine the effect of the periodic magnetic saturation on the accuracy of the estimated rotor position. A simple compensation method for the estimated position errors caused by the periodic magnetic saturation is also proposed in this paper. The effectiveness of the proposed method is experimentally verified with the use of a PMSM drive for a vacuum cleaner centrifugal fan, wherein the maximum operating speed reaches 30,000 rpm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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