Rotor eccentricity is one of the major factors that directly influence the security of horizontal electrical machines, and the critical speed of the shaft has a close relationship with vibration. This paper deals with the influence of thermal expansion on the rotor eccentricity and critical speed in large dry submersible motors. The dynamic eccentricity (where the rotor is still turning around the stator bore centre but not its own centre) and critical speed of a three-phase squirrel-cage submersible induction motor are calculated via hybrid analytical/finite element method. Then the influence of thermal expansion is investigated by simulation. It is predicted from the study that the thermal expansion of the rotor and stator gives rise to a significant air-gap length decrement and an inconspicuous slower critical speed. The results show that the thermal expansion should be considered as an impact factor when designing the air gap length.
Kim Min-Huei;Kim Nam-Hun;Choi Kyeong-Ho;Kim Dong-Hee;Hwang Dong-Ha
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.355-359
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2001
This paper presents an implementation of digital control system of speed sensorless for Reluctance Synchronous Motor (RSM) drives with DTC. The control system consists of stator flux observer, rotor position/speed/torque estimator, two hysteresis band controllers, an optimal switching look-up table, IGBT voltage source inverter, and TMS320C31 DSP controller by using fully integrated control software. The stator flux observer is based on the combined voltage and current model with stator flux feedback adaptive control that inputs are current and voltage sensing of motor terminal with estimated rotor angle for wide speed range. The rotor position is estimated by observed stator flux-linkage space vector. The estimated rotor speed is determined by differentiation of the rotor position used only in the current model part of the flux observer for a low speed operating area. It does not require the knowledge of any motor parameters, nor particular care for motor starting, In order to prove the suggested control algorithm, we have a simulation and testing at actual experimental system. The developed sensorless control system is shown a good speed control response characteristic results and high performance features in 50/1000 rpm with 1.0Kw RSM having 2.57 ratio of d/q reluctance.
this paper presents an implementation of digital control system of speed sensorless for Reluctance Synchronous Motor (RSM) drives with direct torque control (DTC). The problem of DTC for high-dynamic performance RSM drive is generating a nonlinear torque due to a saturated nonlinear inductance curve with various load currents. The control system consists of stator flux observer, compensating inductance look-up table, rotor position/speed/torque estimator, two hysteresis band controllers, an optimal switching look-up table, IGBT voltage source unverter, and TMS320C31 DSP controller. The stator flux observer is based on the combined voltage and current model with stator flux feedback adapitve control that inputs are the compensated inductances, current and voltage sensing of motor terminal with estimated rotor angle for wide speed range. The rotor position is estimated rotor speed is determined by differentiation of the rotor position used only in the current model part of the flux observer for a low speed operation area. It does not requrie the knowledge of any montor paramenters, nor particular care for moter starting, In order to prove the suggested control algorithm, we have simulation and testing at actual experimental system. The developed sensorless control system is showing a good speed control response characterisitic result and high performance features in 20/1500 rpm with 1.0Kw RSM having 2.57 ratio of d/q reluctance.
This paper describes the two control techniques to perform the sensorless vector control of a PMSM by injecting the high frequency voltage to the stator terminal. The first technique is the estimation algorithm of the initial rotor position. A PMSM possesses the saliency which produces the ellipse of the stator current when the high frequency voltage is injected into the motor terminal. The major axis angle of the current ellipse gives the rotor position information at a standstill. The second control technique is a sensorless control algorithm that injects the high frequency voltage to the stator terminal in order to estimate the rotor position and speed. The rotor position and speed for sensorless vector control is calculated by appropriate signal processing to extract the position information from the stator current at low speeds or standstill. The proposed sensorless algorithm using the double-band hysteresis controller exhibits excellent reference tracking and increased robustness. Experimental results are presented to verify the feasibility of the proposed control schemes. Speed, position estimation and vector control were carried out on the floating point processor TMS320VC33.
This paper deals with field distributions in high speed motor with two different types of diametrically magnetized PM rotor, one is that rotor is consisted of PM and shaft, the other is that rotor has only PM. In case of high speed motor with rotor consisted of PM and shaft, this paper predicts field distributions in high speed motor according to the quality of shaft. The magnetic field solutions are derived analytically in terms of vector potential and 2-D polar coordinate system. The results are shown in good conformity with those obtained from the commonly used finite element method.
In this paper, the induction motor rotor fault diagnosis system using current signals, which are measured using axis-transformation method, and speed, which is estimated using current information, are presented. In inverter-fed motor drives unlike line-driven motor drives the stator currents have numerous harmonics components and therefore fault diagnosis using stator currents is very difficult. The current and speed signal for rotor fault diagnosis needs to be precise. Also, high resolution information, which means the diagnosis system, demands additional hardware such as low pass filter, high resolution ADC, encoder and etc. Therefore, the proposed axis-transformation and speed estimation method are expected to contribute to low cost fault diagnosis systems in inverter-fed motor drives without the need for an encoder and any additional hardware. In order to confirm validity of the developed algorithms, various experiments for rotor faults are tested and the line current spectrum of each faulty situation using Park transformation and speed estimation method are compared with the results obtained from fast Fourier transforms.
전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.11-16
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1998
In this paper, simultaneous estimation of rotor speed and time constant for a voltage source inverter (VSI) fed induction motor drive are disccussed. The theory is based on the Model Reference Adaptive System (MRAS). The identifier executes Simultaneous rotor speed and time constant so that vector control of the induction may be achieved in the rotor-flux oriented reference frame. Furthermore, to eliminate the offset error caused by the change in the stator resistance, a fuzzy resistance regulator is also designed which operates in parallel with the rotor speed and time constant identifier
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제4B권3호
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pp.103-107
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2004
Recently, greater attention has been paid to the high-speed generator for its many merits, such as ease of installation, high efficiency and high power density. However, due to their high fundamental frequency, careful consideration needs to be given to both electromagnetic and mechanical design issues. This paper deals with the comparison of two types of permanent magnet high-speed machines. Specifically, the effect of the permanent magnet magnetization pattern on the rotor losses is investigated. On the basis of analytical field analysis and the 2-D finite element method, this paper predicts the flux harmonics and rotor losses under the no-load condition. It is shown that the Halbach magnetization is superior to parallel magnetization in terms of producing rotor losses.
The current study presents the design and performance of a novel 4/2 switched reluctance motor (SRM) for a high-speed air blower. With a comparative study of some rotor structures for a high-speed drive, a stepper-type rotor is optimized to produce a continuous torque and a low torque ripple. Rotor pole arc is modified to have a wide continuous output torque region, and air gap is determined to develop less torque ripple. The rotor radius is determined to reduce torque ripple with a reiterative FEM analysis. The designed rotor has three regions: short uniform, long uniform, and nonuniform air-gap region. The positive torque region is wider than a conventional 4/2 SRM without any torque dead zone. A prototype is tested and the efficiency is up to 72[%] at 30,000[rpm], 600[w] output.
Harmonic vibration characteristics for the general rotor model having a breathing crack are analyzed. Analyses are performed at the half critical speed ranges. The vibration characteristics are explained by using the additional slope and bending moment at the crack position and the influence coefficient showing the structural dynamic characteristics of the rotor. With the low crack depth the magnitude of the additional slope is kept constant even at the speed range at which the orbit magnitude is very sensitive to the rotational speed change. At this speed range the vibration is affected by the influence coefficient only. As the dynamic bending moment exceeds the static bending moment with the increase of crack depth. the additional slope affects the vibration amplitude of cracked rotor and the crack propagation rate increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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