Kim, Samuel;Jeong, Seung-Ho;Rhyu, Se-Hyun;Kwon, Byung-Il
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.1
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pp.57-65
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2007
Along with the development of power electronics and magnetic materials, permanent magnet (PM) brushless direct current (BLDC) motors are now widely used in many fields of modern industry BLDC motors have many advantages such as high efficiency, large peak torque, easy control of speed, and reliable working characteristics. However, Compared with the other electric motors without a PM, BLDC motors with a PM have inherent cogging torque. It is often a principle source of vibration, noise and difficulty of control in BLDC motors. Cogging torque which is produced by the interaction of the rotor magnetic flux and angular variation in the stator magnetic reluctance can be reduced by sinusoidal air-gap flux density waveform due to reduction of variation of magnetic reluctance. Therefore, this paper will present a design method of magnetizing system for reduction of cogging torque and low manufacturing cost of BLDC motor with isotropic bonded neodynium-iron-boron (Nd-Fe-B) magnets in ring type by sinusoidal air-gap flux density distribution. An analytical technique of magnetization makes use of two-dimensional finite element method (2-D FEM) and Preisach model that expresses the hysteresis phenomenon of magnetic materials in order for accurate calculation. In addition, For optimum design of magnetizing fixture, Factorial design which is one of the design of experiments (DOE) is used.
This paper presents a design of novel 2-phase 6/5 switched reluctance motor (SRM) for an air-blower application. This type of motor is suitable for the applications that require high speed and only one directional rotation as air-blower. The desired air-blower is unidirectional application, and requires a wide positive torque region without torque dead-zone. In order to get a wide positive torque region without torque dead-zone during phase commutation, asymmetric inductance characteristic with non-uniform air-gap is considered. The proposed motor can be operated at any rotor position. The proposed 6/5 SRM uses short flux path technique that achieved by means of winding configuration and lamination geometry. The purpose of short flux path is to reduce the core loss and the absorption MMF in the stator. The proposed 2-phase 6/5 SRM is verified by finite element method (FEM) analysis and Matlab-Simulink. In order to verify the design, a prototype of the proposed motor was manufactured for practical system.
This paper explains the effects of the weak signal of a rotating-type electric field mill sensor fabricated for measuring the intensity of the electric field generated by high-voltage direct current (HVDC) power transmission lines. The fabricated field mill consists of two isolated electrode vanes, a motor driver, and a ground part. The sensor plate is exposed to and shielded from the electric field by means of a rotary shutter consisting of a motor-driven mechanically complementary rotor/stator pair. When the uncharged sensor plate is exposed to an electric field, it becomes charged. The rotating electrode consists of several conductive vanes and is connected to the ground part, so that it is shielded. Determining the appropriate design variables such as the speed of the vane, its shape, and the distance between the two electrodes, is essential for ensuring optimal performance. By varying the speed, the weak signal characteristics which is used to signal processing and calibration experiment are quite different. Each weak signal pattern was analyzed along with the output voltage characteristics, in order to be able to determine the intensity of the electric field generated by HVDC power transmission lines with accuracy.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.1
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pp.34-38
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2005
The finite element method is very flexible for new shapes and provides flux distribution, magnetomotive force, eddy currents, and torques. However, it requires lengthy computational time in order to achieve desired accuracy. The magnetic equivalent circuit method takes less computation time than the finite element method. Therefore, the finite element method is mainly used to confirm the completed design. The magnetic equivalent circuit method is convenient for complicated analysis of the transient state of the induction motor. The magnetic equivalent circuit method is restricted to only one direction of magnetic flux. In this paper, the construction elements (that is, stator iron, rotor iron, yoke, air gap, etc.) of the squirrel cage induction motor were represented by a flux tube and the air gap magnetomotive force was calculated by the magnetic equivalent circuit method. Starting transient torque and phase current of the squirrel cage induction motor were verified by the theoretical calculation and the experiment.
Kim, Nam-Hun;Kim, Min-Ho;Kim, Min-Huei;Kim, Dong-Hee;Hwang, Don-Ha
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.07b
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pp.986-988
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2001
This paper presents a digitally speed sensorless control system for induction motor with direct torque control (DTC). Some drawbacks of the classical DTC are the relatively large torque ripple in a low speed range and notable current pulsation during steady state. They are reflected speed response and increased acoustical noise. In this paper, the DTC quick response are preserved at transient state, while better qualify steady state performance is produced by space vector modulation (SVM). The system are closed loop stator flux and torque observer for wide speed range that inputs are currents and voltages sensing of motor terminal, model reference adaptive control (MRAC) with rotor flux linkages for the speed fuming signal at low speed range, two hysteresis controllers and optimal switching look-up table. Simulation results of the suggest system for the 2.2 [kW] general purposed induction motor are presented and discussed.
In this paper, 6/4 Switched Reluctance Motor(SRM) which has simple structure and little switching element is selected basic analysis model. In order to reduce torque ripple causing noise and vibration, we execute optimization of geometric parameters (stator and rotor pole arc) and electrical parameters (turn-on angle and turn-of angle) by means of combining Fletcher-Reeves's Conjugate Directions and Finite Element Method (FEM) considering driving circuits. When considering the switching condition according to inductance profile, torque characteristics is influenced by geometric and electrical parameters importantly. The pole arc and switching angle of the optimum can also obtain the low torque ripple without high currents.
A new flux observer based vector control system of an induction motor is constructed by using an observer in which the commanded stator currents are used to estimate the rotor flux. In this system, the flux observer is formulated by using a model of induction motor in a stationary coordinate system. By considering an observer of induction motor in a fixed co-ordinate system located on its secondary flux, a slip frequency controlled type of vector control system is also proposed. From these control schemes, the relation between the conventional slip frequency controlled type system and the observer based one is clarified. The steady-state error of the developed torque which is caused by the parameter change of induction motor is analyzed and discussed for the selection of observer gains. The poles of the observer error dynamics and those of the observer based vector control system are calculated analytically by neglecting the machine parameter change. In order to analyze the robust stability, a linear model of the observer based vector control system is proposed taking into account the machine parameter change. By using this model, the trajectories of the poles and zeros of the torque transfer function are computed and discussed. To test validity of the theoretical analysis, experiments are conducted by using a digital signal processor (TMS320C30) and a current controlled voltage source PWM inverter.
A hydrogen cooling method is used in a power generator for removing the unnecessary heat due to the windage loss of a rotor and the joule heat of a stator. A MEA (Membrane Electrolyte Assembly) hydrogen generator has been developed and applied as a hydrogen supplying system for the cooling of a 350MW power generator. As a field application result, the average potential of eleven cells and the voltage efficiency were measured 2.26V/cell and 65.4% (Higher Heating Value) respectively at the hydrogen pressure of 6 Bar, the hydrogen flow rate of 9.1L/min, and the current of 150A.
Kim, Kyu-Dong;Shin, Doo-Jin;Huh, Sung-Jae;Huh, Uk-Youl
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.11c
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pp.22-25
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2001
In this paper, a fuzzy advance angle control method is described to drive an industrial low voltage SRM (Switched Reluctance Motor) for 10kW forklift truck. SRM has a highly non-linear characteristic that is due to change the rotor and stator. And low voltage SRM is designed that its phase resistance and phase inductance is very low to inject high current into the phase windings. In this reason, the proper current control is necessary to drive the low voltage SRM efficiently. SRM has positive torque at increasing inductance region and negative torque at decreasing inductance region. Due to this reason, the current has to be built up in the increasing phase inductance part as soon as possible. Therefore, the phase switch must be turned on before the phase inductance increases, and this angle is called as the advance angle. Also, the phase current has to be dropped before the phase inductance decreases. Fuzzy logic is a flexible and general-purposed method of implementing non-linear functions and as such it is useful in control applications. Consequently, we designed a fuzzy advance angle controller to control the phase current appropriately.
In a small centrifugal compressor system, a high-speed motor needs to be developed to drive impellers directly. Heat is generated by both electrical heating due to copper coil resistance and aerodynamic heating in the gap between the rotor and stator in a high-speed motor. Removal of the heat is essential to the design of such motors since most magnetic materials are brittle and can be easily fractured by the heat. In the present study the cooling flow fields and temperature distributions were analyzed by using computational fluid dynamics simulation for a high-speed motor which has air cooling system as well as water cooling system. In the analysis a conjugate heat transfer problem is solved by considering both convective heat transfer in the cooling system and conduction heat transfer in solid parts. Based on design drawings of a motor, air cooling system and water cooling system were analyzed to obtain temperature field and thus to check the coiling system performance. Also the cooling performance are studied for various flow rates of cooling air and water at the inlets.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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